Değerli Okurlar, Sahibi:

Transkript

1

2

3 Değerli Okurlar, İTÜ Kimya Kulübü tarafından hazırlanan ORBİTAL dergisi kimya bölümü öğrencilerinin kimyayla ilgili yaptıkları bilimsel araştırmaların, kimya sektörü ile ilgili haberlerin ve akademik çalışmaların yer aldığı, kar amacı gütmeyen kimya dergisidir. İlk sayısı Mart ayında, İTÜ KSB desteğiyle yayımlanan Orbital, ülkemizde kimyaya olan ilginin arttırılması amacını misyon edinmiştir. Şu anda bilimsel anlamda lisans düzeyinde Türkiye deki tek kimya dergisi olma özelliğine sahip dergimizi sürekli bir yayın akışıyla birlikte üniversite sınırlarından çıkararak geniş kitlelerle de bu değeri paylaşmak istiyoruz. Bu amaçla dergimizi üniversitemizdeki kulüp odamızdan elde edebildiğiniz gibi, artık internet ortamında da sizlerle paylaşıyoruz. İTÜ Kültür Sanat Birliği resmi web sitesinden dergimizin pdf formatına ulaşabilirsiniz. Dergimizin ikinci sayısında kapak konusu şekil hafızalı polimerler dışında radyoaktivite, her biri sadece 1 nanometre çapındaki buckminsterfullerenler, Anestezi, İnsanoğlunun bildiği en hafif maddelerden biri olan aerojeller, mutluluğun kimyası ve daha birçok farklı konuda yazı kaleme alındı. Tüm yoğunluklarına rağmen bizlere yazı yazarak destekte bulunmuş değerli arkadaşlarımıza, çıkarılmasına karar verilen ilk günden beri büyük emekler harcayarak vakitlerinin çoğunu dergimiz için ayırmış olan yönetim kurulu üyelerimize teşekkürü bir borç biliyoruz. Ayrıca bu sayımızda destekleriyle bizi yalnız bırakmayan saygıdeğer hocamız Prof. Dr. Nurseli Uyanık a, PA- GEV ve ART-YOL Mühendislik şirketlerine teşekkür ediyoruz. Keyifle okumanız dileğiyle İTÜ Kimya Kulübü Yönetimi İnternet: facebook.com/itukimyakulubu Sahibi: İTÜ Kimya Kulübü Genel Yayın Yönetmeni: Prof.Dr. Gürkan Hızal Yayın Danışmanı: Araş. Gör. Metin Dağdevren Dergi Editörleri: Ozan Kartal Dilek Akbıyık Yayın Kurulu: Ozan Kartal Dilek Akbıyık Sevil Çimir Malhun Fakıoğlu Çağkan Yurtsever Simge Türköz Sayfa Tasarım: Dilek Akbıyık Yönetim Yeri: İTÜ Fen Edebiyat Fak. Kimya Kulübü Odası Maslak İstanbul Basım Yeri: Anka Matbaacılık Telefon: (530) (535) twitter.com/itukimyakulubu orbitaliletisim@gmail.com

4 İÇİNDEKİLER 8 mutluluğa kimyasal bir bakış Eğer siz de mutluluğun hormonlarının neler olduğunu ve işlevlerini merak ediyorsanız, sizleri nörotransmitterlerin dünyasına davet ediyoruz. 13 milyarda birlik gelişim:nanoteknoloji İnsan saç telinin çapının yüz binde birine karşılık gelen maddelerin yarattığı muhteşem gelişmeler: nanoteknoloji ve uygulamaları. 16 sayısal nesne tanımlayıcı: DOI Online bir kitaba, makaleye, bildiriye erişmek için kullanılan DOI numarasını anlatan İTÜ Kimya Bölümü nden değerli hocamız Uzm.Dr.Barbaros Akkurt un yazısı röportaj: bilim.org Türkiye nin Bilim Sitesi sloganı ile yayın hayatına 11 yılı aşkın süredir devam eden Bilim.org un site yöneticisi Ümit Büyükyıldırım la sizler için bir röportaj yaptık. 4

5 21 ışınla gelen değişim: radyoaktivite Dünya ve güneş sistemimizin meydana geldiği yaklaşık 4.5 milyar yıldan beri var olan radyoaktif maddelerin ve nükleer enerjinin dünyasına yolculuk şekil hafızalı polimerler Sahip olduğu şeklini hafızasında koruyarak, geçici olarak deforme olmuş şeklinden, sıcaklık, ph, ışık gibi çevresel uyaranların etkisiyle kontrollü bir biçimde orijinal şekline dönebilen akıllı malzemeler. 36 sık tüketilen gıdalardaki tehlike:kafein İlk sayımızda kabartma tozuna değindiğimiz ve günlük hayattaki kimyadan örnekler verdiğimiz Kimya; Hayatımız köşemizin yeni sayımızdaki konusu oldukça sık tükettiğimiz kafein. 47 mucize materyal: aerojel Adı jel olmasına rağmen jellerin fiziksel özelliklerini göstermeyen katı, sert ve kuru olan, gözle görülmeyen gözenekli yapısından dolayı oldukça iyi yalıtkan özellik gösteren malzemeler. 51 element kimyası: hidrojen Bilinen 118 elemente yer vermeyi düşündüğümüz Element Kimyası köşemizin ilk konuğu: Periyodik cetvelin ilk üyesi, evrenin %75 ini oluşturan, suyun ve yıldızların yapıtaşı hidrojenin hikayesi ve tarihçesi. 57 kimyanın dâhileri Bu sayımızda ilk kadın kimyager Prof.Dr. Remziye Hisar ı ağırlarken, bundan sonra her sayımızda yer alacak nobel ödülü alan kimya keşifleri ve kâşiflerini de ele aldık. 5

6 Deney Tasarımı Deney tasarımı ilk olarak 1920 lerde ünlü İngiliz istatistikçi R.A.Fisher ve arkadaşları tarafından geliştirilmiştir.deney tasarımı, deneyi yapmadan önce tasarlayarak deney maliyetini düşürmek ve sonuçları optimize etmek için kullanılan bir yöntemdir. Deneyi direk sahada yapmaya kalkarsak istediğimiz sonuca ulaşmak için bir çok kez tekrar etmek ve numune harcamak durumunda kalabiliriz. Bu durumda deney tasarımını kullanarak belirli istatiksel hesaplamalarla deneyi sahaya inmeden önce tasarlayarak en iyi hale getirebiliriz. Bu durumlarda başvurulabilecek ideal yol minitab dir. Bu ticari paket programla tasarladığımız deneyde kullanacağımız koşullarımızı ve deneyimizi girerek bilgisayar ortamında analiz ederiz. Yaptığımız analizin sonucuna göre tasarladığımız modelimizin güven derecesine göre gösterdiği uygunluğa bakarak modelin kullanılabilir olup olmadığına karar veririz. Modelimiz kullanılabilir ise yapacağımız deneylerde veya üretimlerde bundan sonra modelimizde elde ettiğimiz optimum değerlerle çalışır ve hem süreden hem maliyetten kazanç sağlamış oluruz. Ayrıca deney tasarımını kullanarak paket programların uzun süren analizler sonrasında ulaşacağı değerleri kısa ve ucuz yollarla elde edebiliriz. Örneğin bir lazanya deneyinde o lazanyanın tadının tüm seri üretimlerde aynı olması için en iyi pişirilmesi gereken sıcaklık, kullanılması gereken malzemelere ulaşırız ve eğer oluşturduğumuz model uyumluluk gösteriyorsa bundan sonraki üretimlerimize direk bu değerlerle devam ederiz. Parametreler deneye iki şekilde etki eder: kullanıcı tarafından kontrol edilebilen(malzeme çeşitleri, sıcaklık farklılıkları, karışım oranları vb.) ve kullanıcı tarafından kontrol edilemeyen(çevre sıcaklığı, nem oranı, sıcaklık değişimi, nakliye vb.). 6

7 Deney tasarımı, endüstride geniş kullanım alanı olan popüler bir kalite geliştirme yöntemi olarak ön plana çıkmaktadır. Deney tasarımında kalite ürünle birlikte tasarlanmalı anlayışı mevcuttur. Yeni ürünlerin dizaynı veya mevcut ürünlerin geliştirilmesi sırasında deneysel çalışmalar yürütmek mühendislik biliminin temelini oluşturur. DoE projesinin 6 adımı deney tasarımı genel modellemesi Kaynaklar: Deney Tasarımı, Kalite İçin Deney Tasarımı, net/habiptaylan/deney-tasarm Bir, A.A., Deney Tasarımı,İkna ve İletişim Psikolojisi Deney Tasarımı, ICS Proje Mühendislik Danişmanlık Eğitim Merkezi, İNV-07 Deney Tasarımı İnotec Teknoloji Yönetim Danışmanlığı, Deney Tasarımı DOE, Matris danışmanlık Deney Tasarımı Çalıştayı 2013 Yukarıdaki şema deney tasarımının genel modellemesidir.burada amaç y yi en çok etkileyen değişkenleri belirlemek, y nin nominal değere yakın olmasını sağlayacak x değerlerini belirlemek, y nin değişkenliğini en küçük düzeyde olmasını sağlayacak x değerlerini belirlemek ve kontrol edilemeyen değişkenlerinin en küçük düzeyde olmasını sağlayacak x değerlerini belirlemektir. Deney tasarımının amacı sonuçlardan beklenen ortalamayı iyileştirmek ve hatalardan kaynaklanan belirsizlikleri minimize etmektir. Deney tasarımı sadece araştırmalar için değil aynı zamanda endüstri için de hem zamandan hem maliyetten kazanımlar sağlayacak bir uygulamadır. Ezgi Uyanık İstanbul Teknik Üniversitesi Kimya Bölümü Lisans Öğrencisi uyanik.ezgi@gmail.com 7

8 MUTLULUĞA KİMYASAL BİR BAKIŞ Bir ilişkinin, mekanın ya da olayın kimyasının iyi olduğu konusunda sık sık konuşuruz. Birçok tıbbi bilimci, iyi bir kimyanın olumlu duygular ve sağlık anlamına geldiğini; kötü bir kimyanın ise olumsuz duyguları ve sağlıksızlığı ifade ettiğini kabul eder. Duyguların ve sağlığın fizyolojisi, bizi olumlu ya da olumsuz etkileyen çok sayıda unsurla değiştirilebilir. Özellikle en çok önemsediğimiz duygu durumumuz olan mutluluğumuzu etkileyenler yani mutluluğun kimyasını belirleyen unsurlar vücudumuzda üretilen bazı hormonlardır. Eğer siz de bu hormonların neler olduğunu ve işlevlerini merak ediyorsanız, nörotransmitterlerin dünyasına hoşgeldiniz. Öncelikle nörotransmitterlerin ne olduğundan bahsedelim. Nörotransmitter; iki sinir hücresi arasındaki boşluğa yerleşmiş ve bu sinir hücreleri arası bağlantıyı sağlayan kimyasal bir maddedir. Sayesinde milyarlarca sinir hücresi birbiri ile bağlantı kurar. Kalp atışlarını ve kan akışını hızlandırmak nörotransmitter kimyasallarının önemli görevlerindendir. Sizin de tahmin edebileceğiniz gibi, eksikliğinde kanımız sinir sistemine ulaşmakta zorluk çekeceği için doğrudan sinir sistemini etkileyemez. Nörotransmitter maddenin azalması veya çoğalması sinir sisteminde ve dolayısıyla ruh halimizde, vücudumuzda karışıklıklara neden olabilir. Gün içinde karşılaştığımız her olay için farklı tepkiler vermemizi sağlayan ve duygu durumumuzu doğrudan etkileyen önemli nörotransmitterlerin başında; dopamin, seratonin ve endorfin hormonları gelir. Vücudumuzdaki herşeyin bir denge halinde olduğunu ve dışarıdan etkilerle bu denge ile oynandığında olumsuzluklar yaşayabileceğimizi hepimiz biliyoruz. Duygularımızı, hareketlerimiz, zevk ve acı algılarımızı etkileyen nörotransmitter olan dopamin, beynin derin orta bölgesinde substantia nigra denilen kısımda bulunur ve sinir sistemini doğrudan etkiler. Eksikliği halinde; dikkat dağınıklığı, depresyona neden olurken, şizofreni, parkinson, huzursuz bacak sendromu dediğimiz hastalıklara da zemin oluşturur. Dopaminin fazlalığında da aynı rahatsızlıklar daha şiddetli olarak karşımıza çıkar. Bununla birlikte dopamin kimyasalının salgılanmasını arttırmak ve duygu durumunu iyileştirmek için tabiiki yapılabilecekler bulunmakta. Uzmanlarca hareket etmek, balık, fındık ve fıstık gibi besinleri tüketmek dopamin salgısının artmasına yardımcı olmaktadır. 8

9 Serotonin Kimyasal Formülü: C 10 H 12 N 2 O Adlandırması: 5-Hidroksitriptamin/ 3-(2-aminoetil)-1H-indol-5-ol Üç Boyutlu Yapısı: Dopamin Kimyasal Formülü: (C6H3(OH)2-CH2-CH2-NH2) Adlandırması: 4-(2-aminoetil)benzen-1,2-diol Üç Boyutlu Yapısı: İkinci olarak; mutluluk hormonu adıyla da bildiğimiz seratonin hormonu duygu durumu, uyku ve iştah üzerinde önemli rol oynar. Yorgunluk, stres, yemek, bulunulan ortamdaki ışık düzeyi gibi faktörlerin tamamı vücudumuzdaki serotonin düzeyini etkilemektedir. Özellikle stres ve kan şekerinin azalması mutluluk hormonunun üretimini minimuma düşürürken, oksijen ve içinde aminler bulunan gıdalar üretimi arttırmaktadır. Günümüzde yapılan çalışmalar sonucunda depresyon, migren, obsesif kompulsif bozukluk, obezite ve hiperaktivite gibi birçok hastalığın temelinde de serotonin düzeyindeki dengesizliğin olduğu düşünülmektedir. Bu olumsuzluklardan kurtulmak için vücuttaki serotonin salgısını arttırıcı gıdalar almak gerekmektedir. Serotonin yapımını arttıran besin öğeleri omega-3 yağ asidi, triptofan (bir amino asit), magnezyum ve çinkodur. Triptofan içeren besinler ise, yumurta, badem,tavuk, soya, süt ve süt ürünleri, mandalina, muz, kakao, susam, fıstık, biftek, un, kahvaltılık tahıllar ve tatlılardır. Tam olarak nörotransmitter olmasa da yine aynı başlık altında bulunan endorfin de, dopamin ve serotinin ile tamamlayıcı işlevler gören bir kimyasaldır. Özellikle, vücuttaki ağrı ve acıyı azaltmak için beyin dokuları tarafından üretilen endorfin, vücuda dışarıdan gelen etkiler doğrultusunda uyarıcı etkisi yapan duygulara karşılık vermek üzere dizayn edilmiştir. Bu duygular özellikle, stres, korku ve acıdır. Bu duygulara karşı vücudun güçlü olmasını sağlayan endorfin hormonunun görevini kesintisiz bir biçimde devam ettirebilmesi için spor yapmak çok önemlidir. Yapılan araştırmalara göre 30 dakikalık bir spor, endorfin salgısını 5 kat daha fazla arttırmaktadır. Gıda olarak ise meyveler endorfin hormonu salgısına yardımcı olmakta ön plana çıkar. Meyvelerden en etkili olanı muzdur. Bunun yanında çilek, üzüm ve portakal da mutluluk veren meyvelerdir. Endorfin ve 9

10 mutluluk ile ilgili bilinmesi gereken özelliklerden birisi de nikotin ile aralarındaki ilişkidir. Dünyada 30 yıldan fazla, Türkiye de ise yaklaşık 10 yıllık bir geçmişe dayanan çalışmalar neticesinde, endorfin salgısını etkileyen unsurlardan birinin nikotin olduğu tespit edilmiştir. Nikotin bağımlılarında endorfin salgısı engellenir ve vücut endorfin yerine nikotin kullanmaya çalışır. Endorfin salgılanamadığı için vücuda nikotin alınmadığında endorfin eksikliğinde yaşanan duyguların aynıları ortaya çıkar. Bu sebeple, vücudun normal seyrine dönmesi ve üretim tepkimelerine reaktif olarak nikotin yerine endorfinin girebilmesi için bağımlılıktan kurtulunması gerekmektedir. Mutluluğumuzun kimyasını oluşturan bu kimyasallar tabii ki de yüzümüzün gülümsemesinin tek nedeni değildir. Bununla birlikte sağlıklı insanlar mutlu olmaya daha eğilimli olmaları göz ardı edilemez. Dopamin, Serotonin, Endorfin ve daha nice hormonu vücudumuzda denge halinde olmasına yardımcı olmaktan daha iyi bir yaklaşım yoktur. Çünkü bu hormonlardaki dengesizlik yüzünden kimyamızın iyi olamamasını hiçbirimiz istemeyiz. Bunu çözmenin sadece basit egzersizler ve yiyecekler olması da büyük bir şansımızdır. Serotonin ile ilgili gerçeklerden bazıları Serotonin salgısında gerekli olan triptofanın artması konusunda önemli rol oynayan besinlerden birisi de çikolatadır. Çikolatanın sevilmesinin en önemli nedenlerinden biri vücudumuzdaki serotonine olan gereksinimdir. Diyet yapıyorsanız ve yaptığınız diyet süresince tükettiğiniz besinlerin içinde serotonin üretimi sağlayan triptofan yok ise diyetiniz başarılı olamamaktadır. Diyet listesine azar azar hindi, balık ve soyalı gıdalar eklemekte fayda var. İtalya da öğrenciler üzerinde yapılan bir araştırmaya göre, daha önce aşık olmuş öğrencilerin kanındaki serotonin (mutluluk hormonu) oranı, aşık olmamışlara göre %40 daha düşük çıkmıştır. Kaynaklar: Maximino, C. (2012),Serotonin and Anxiety. New York. Atay, B. (12 Ocak 2010), Sağlıklı Yaşam, Milliyet Gazetesi. Roots Yayın Grubu, Cambridge Üniversitesi Yayınları, The Brain, Scheve, T. (2009), What are Endorphins?, How Stuff Works, Joanna, A. (2009), The Chemistry of Happiness, Moodstep, Ece ÖZÇELİK İstanbul Teknik Üniversitesi Kimya Bölümü Lisans Öğrencisi 10

11 ANESTEZİ Cerrahinin yapıtaşlarından olan,anestezi nasıl bulundu?anesteziden önce uyutucu olarak ne kullanılıyordu? İlk anestezi uygulaması nerede ve ne şekilde yapıldı? Geçmişte insanların ağrılarını gidermek ve onları uyutmak için bitkisel yöntemlere başvurulmaktaydı; fakat bu yöntemler yeterli gelmemekle birlikte ilkel ameliyat koşullarında hastalar acıyı çok fazla hissetmekteydi. Orta Çağ Avrupası nda ise hastalara, boğazları sıkılarak ya da başlarına vurularak bilinç kaybı yaşatılırdı.1540 yılında eterin keşfiyle operasyonların verimi arttı. İngiliz kimyacı M. Faraday, 1818 de eteri koklayarak, maddenin uyuşturucu ve keyif verici etkisini keşfetti.1830 lu yıllarda tıp öğrencileri kendi aralarında eter koklama partileri düzenlerdi. Partilerde, eteri bardakla içen öğrenciler arasında yanma ve yaralanma olayları çok fazla olmasına rağmen acı hissetmezlerdi. Joseph Priestley, Dr.Humprey Davy, Dr.Horace Wells (sırasıyla) Karbonmonoksit, amonyum ve sülfürdioksit gibi maddelerin hazırlayıcısı olan İngiliz bilim adamı ve rahip Joseph Prietley, demir dolgularla yaptığı bir araştırma esnasında tesadüf eseri nitrusoksit gazı elde etmiştir yılında gerçekleşen bu olayın üzerine Humprey Davy denemeler yapmıştır. Aynı zamanda nitrusoksiti ilk soluyan isim olan Davy, koklayan kişilerdeki gevşetici ve güldürücü etkisini göz önünde bulundurarak nitrusokside kahkaha gazı adını vermiştir. Kahkaha gazı, karnavalların ve gezgin tiyatroların vazgeçilmez eğlence aracıydı. Amerikalı tıp öğrencisi Gartner Quincy Colton, 1844 te kahkaha gazı ile düzenlediği gösteri sayesinde zengin olmuştur. Colton ın gösterisini izleyenler arasındaki diş hekimi Dr.Horace Wells, kahkaha gazı koklamaya gönüllü olan arkadaşı Colley in gazı kokladıktan hemen sonra sahnede yaralanıp, kanamasının çok olmasına rağmen hiçbir şey hissetmemesi dikkatini çekmiştir. Olayın ertesi günü, Wells, nitrusoksit gazı soluyup, meslektaşı Dr. Riggs e dişini çekmesini söylemiştir(- 11

12 şekilde görüldüğü gibi). Operasyon sırasında hiçbir acı hissetmediği kayıtlara geçmiştir.dr. C.V. Long da tıpkı Dr. Wells gibi eterin ve nitrusoksidin insanlar üzerindeki etkilerini gözlemlemiş ve 1842 yılında bir hastasını eter ile bayıltıp ameliyat etmiştir; fakat bu olayı duyurmadığı için 1846 yılındaki operasyonu ile diş hekimi Dr. W.T. Morton, anestezinin patentini alan isim olmuştur. Dr. W.T Morton ın anestezi uygulaması: 16 Ekim 1846 yılında Harvard Üniversitesi tarafından Massachussetts Genel Hastanesine davet edilen Morton, boynunda kist olan hastayı eter ile uyuttu. Ameliyatın ardından eterin vücutta yarattığı etki onaylandı. Harvard Üniversitesi Tıp Fakültesi Dekanı Dr. J.C. Warren, 16 Ekim 1846 tarihini eter günü, ameliyatın gerçekleştiği amfisi ise eter kubbesi ilan etti. Günümüzde ise anestezik bileşik olarak nitrusoksidin yanı sıra enfloran ve isofloran gibi maddelerle karşılaşıyoruz. Enfloran ve türevleri genel anestezi uygulamalarında kullanılırken nitrusoksiti ise genelde diş cerrahisi tercih etmektedir. Dr. W.T. Morton Massachussetts Genel hastanesindeki ameliyat. Kaynaklar: Clark,Morris, Dünden Bugüne Nitrusoksit Clark%20D%C3%BCnden%20Bug%C3%BCne%20 N2O.pdf Akbulut,Ural, Anestezinin 6000 yıllık Macerası F.İpek AYDIN İstanbul Teknik Üni. Kimya Bölümü Lisans Öğrencisi 12

13 NANOTEKNOLOJİ VE UYGULAMALARI Nanoteknoloji, araştırmacıların biyoloji, fizik, kimya gibi alanlarda çalışmalar yaptığı günümüz modern bilimidir. Nanometrenin ne kadar küçük bir ölçek olduğu, insan saç telinin çapının yaklaşık nanometre olmasıyla anlaşılabilir. Nanoteknoloji, fizik, kimya, biyoloji ve mühendislik gibi disiplinlerarası bir bilim olmasının yanında; endüstri, savunma, ilaç, elektronik, tarım, sağlık alanlarında da uygulamalara olup gelişmekte olan yeni bir teknolojidir ve araştırmacılara bu yönüyle birçok avantaj sunmaktadır. Nano boyutlarda çalışılmasının farkının ve nanoteknolojinin araştırmacılara sağladığı çalışma alanının, yapılan çalışmalar sayesinde olumlu yönde artış gösterdiği görülmektedir. Nanoteknoloji sayesinde önceden imkansız denilebilecek yenilikler günümüzde gerçekleşmektedir. Nanoteknoloji Nedir? Sözcük olarak nanoteknolojinin nano ve teknoloji kelimelerini içerdiği görülmektedir. O halde nano ne anlama gelmektedir? Nano ve nanoteknoloji terimleri ile gözle görülemeyecek yapılardan söz edilmektedir. Nano sözcüğü Yunanca cüce anlamındadır. Bir nanometre uzunluk olarak metrenin milyarda biri kadardır. Örneğin; 3 atom yan yana geldiğinde bir nanometre uzunluğunda olurlar. Nanoteknolojinin ortaya çıkışıyla birlikte araştırmacılar küçük boyutlu maddelerle çalışmaya başlamışlardır. Nitekim boyutlar küçüldükçe Taramalı Tünelleme Mikroskobu (Scanning Tunnelling Microscobe, SEM), Atomik Kuvvet Mikroskobu (Atomic Force Microscobe, AFM) gibi nano boyutlarda ölçüm yapabilecek özellikte mikroskoplar da geliştirilmiştir. Nanoelektronik, nanoteknolojinin elektronik alanındaki çalışmalarına verilen genel isimdir. Nanoelektronik bilimi, elektronik cihazların ağırlığını ve güç tüketimini en aza indirmek konusunda araştırmalar yapmaktadır. Az miktarda güç harcayan nanoelektronik teknolojisiy- 13

14 le üretilmiş bir mikroçip, süperbilgisayar düzeyindeki bir işlem gücünü bir cep telefonu boyutlarına getirecektir. Nanoteknoloji, sağlık ve tıpta da yerini almıştır. Nanoteknolojik boyutlarda parçacıklar kanser araştırmalarında, ilaç salınım sistemlerinde kullanılmaktadır. Nano boyutlarda üretilen taşıyıcılar ile düşük çözünürlükteki ilaçların çözünürlüğünün arttırılması sağlanmaktadır. İlacın toksisitesi azaltılıp, vücutta daha verimli ilaç dağılımı sağlanmaktadır. Nanoteknolojinin Tekstil Alanındaki Uygulamaları : Akıllı Kumaşlar nanotekstil ürünleri Nanoteknoloji, tekstilde kullanılan malzemeleri nano boyuta indirgemiş ve onlara farklı özellikler kazandırmıştır. Nanoteknolojinin tekstilde uygulama alanı bulmasıyla beraber, suyu sevmeyen kumaşlar üretilmeye başlanmıştır. Bu gelişmeyle giysiler üzerinde kir tutma engellenmiş olacaktır. Su ve deterjan tüketimini azaltacak, ileriki yıllarda ütü ve çamaşır makinelerinin işlevini ortadan kaldıracak bu yenilik nasıl ortaya çıkmıştır? Teknolojinin esinlenme noktası nilüfer çiçeklerinin su tutmayan yüzeylerindeki yapıların oluşturduğu Lotus Effect olmuştur. C6 floro kimyasalları kumaşın yüzeyinde kullanılmıştır. Yüzeyde oluşan milyonlarca nano yapı sayesinde ise yüzeyde tutunmaya karşı direnç azaltılmıştır. Kumaş üzerinde tutunacak partiküller yüzey tarafından itilebilir hale gelmiştir. Su tutmayan kumaşların zamanla aşınmaya karşı dirençli olmaları bu teknolojiyi ileride daha da cazip hale getirecektir. Su tutmayan kumaşlar Ozon tabakasının incelmesi, ultraviyole radyasyonu arttırmıştır. Nanoteknoloji mucizesiyle düşük UV geçirgenliğine sahip, nano liflerden üretilmiş yazlık giysiler, spor kıyafetleri üretilmiştir. Tekstil ürünlerine nanoteknolojik özellikler kazandırıldığında birçok fonksiyona sahip ürünler elde edilebilmektedir. Kumaşlarda renk değiştirebilme, antimikrobiyalllik, UV ışınlarından koruma, yanmaz ve kir tutmaz özellikler bulunduran giysiler yaygınlık kazanmaya başlamıştır. Bazı firmalar ev tekstili, güneş gözlüğü, spor giysileri gibi nanoteknoloji ürünlerini tüketicinin kullanımına sunmuştur. Gelecekte vücut fonksiyonlarımıza cevap verebilen giysilerin üzerinde araştırmalar yapılmaktadır. Nano boyutlar- 14

15 daki kristal parçacıkların kumaşa aktarılmayla mekanik kuvvetlerin elektrik sinyallere aktarımı sağlanır. Böylece kalp ve nabız fonksiyonları izlenebilir hale gelmiş olacaktır. Yakın bir gelecekte nano malzemelerden üretilmiş, kalp atışlarımızı, vücut ısımızı, kan şekerimizi kontrol edebilecek bir giysiler giyebileceğiz. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT), 21. yy ın askerleri nanoteknolojiyi kullanarak süper üniformalar geliştirmektedir. Askeri amaçla kullanılabilen nanosensörler içeren kumaşlar, yaralı askerin vücut sinyallerini sağlık merkezine ileterek müdahale süresini kısaltacaktır. Nanoteknoloji yöntemiyle üretilmiş üniformalar daha hafif ve ortamdaki biyolojik veya kimyasal tehlikeye karşı adapte olabilecek özellikte olacaktır. Günümüzde hayal olarak adlandırabileceğimiz bu gelişmeler ileriki yıllarda nanoteknoloji biliminde meydana gelen ilerlemelerle, uygulama alanı bulacaktır. Nanoteknolojik Kumaşların Kimyası Nano-tekstil, nanoteknolojik uygulamalar sonucunda elde edilen tüm tekstil yüzeylerini ifade etmektedir. Doğal ve sentetik yollardan üretilmiş tüm tekstil ürünlerinde yapıtaşı olan moleküllerin dizilmesiyle lifler oluşur. Lifler ise iplik üretiminde kullanılır. Nano boyutlarda üretilmiş nano-lifler genel olarak bir mikrondan daha düşük çapa sahip olan liflerdir. Nano- lifler yaygın olarak kullanılan lif üretim yöntemleriyle üretilemediği için elektro-eğirme (electrospinning) tekniğiyle üretilmektedir. Nano-lifler biyomedikal, elektriksel ve optik, tarım, filtrasyon gibi uygulamalarda ve kompozitlerde malzeme kuvvetlendirici gibi işlevler de kullanılmaktadır. Tekstilde kumaşları nanoteknolojik boyutlara taşımak için kullanılan nano parçacıkların kimyası çok çeşitlidir. Görünür bölgedeki ışığın dalga boyu aralığındaki boyutlardaki Core-shell (öz kabuk) özellikte parçacıklar, kelebek kanadına benzer karışımda renkler elde edilmesinde kullanılmaktadır. Akıllı kumaşlara aşınmaya dayanıklılık kazandıran ise seramik özellikteki nano parçacıklardır. Kumaş üzerinde optik özelliklerin değiştirilmesi ve karışım renklerin elde edilmesinde yine görünür ışığın dalga boyu aralığındaki boyutlarda kristalize olmuş nano-dispersiyonlar görevlidir. Polipropilen (PP) ve polietilen (PE) kaplamalı SiO2 ve Al2O3 nano parçacıklar, kumaşlara üstün su iticilik özelliği kazandırmaktadır. Böylece su kumaş yüzeyinde dağılmamakta ve yüzeyi terk etmektedir. İndiyum-kalay oksit nano parçacıklar EM/IR koruyucu giysi yapımında kullanılır. TiO2 ve ZnO parçacıklar kumaşlara UV koruması, lif koruması sağlarken, Fe- nano parçacıklar iletimli manyetik özellik ve uzaktan ısıtma işlevi kazandırmaktadır. KAYNAKLAR turkiyenano.pdf Nilay Kahya İstanbul Teknik Üniversitesi Kimya- Kimya Mühendisliği Lisans Öğrencisi 15

16 DOI PROGRAMI DOI nedir? DOI, digital object identifier kelimelerinin kısaltması olarak, İnternet üzerinde yayınlanan bir bilimsel çalışmaya yapılan göndermedir. Tipik bir DOI numarası şuna benzer: /j.poly Buna göre bir DOI numarası 10 ile başlar, derginin yayınevi olduğunu sandığımız bir kod ile devam eder, bölü işareti ve dergi ile yayın tarihini açıklayan değerler ile sonlanır. DOI kodunu makaleye nasıl dönüştürebilirim? DOI kodunu makaleye dönüştürmenin en kolay (ve bildiğimiz kadarı ile tek) yolu, DOI kodunun başına ifadesini eklemektir. Alternatif olarak bu web sayfasını sık kullanılan web sayfalarınız arasına kaydederek arama çubuğuna DOI numarasını yazmak da işe yarar. Biz bu işi biraz daha kolaylaştıran ve takip olanağı sağlayan bir çözüm geliştirdik. DOI programı nedir? DOI programı, Python isimli bir programlama dili ile yazılmış, bir txt dosyasına her satırda bir tane olacak şekilde kaydedilmiş DOI numaralarından ilgili belgelere kolay ve sorunsuz bir şekilde geçmek için hazırlanmış bir programdır. 16 DOI programı nasıl çalışır? doi_html_win.py isimli dosya çift tıklanarak çalıştırılır. Çalışması için sisteme Python 2.x serisinin kurulması gerekmektedir. Python serisini yüklemek için adresine girilir ve Python (2.x serisinin en son sürümü) yüklenir. Çift tıklama sonucu siyah uçbirim ekranı üzerinden bazı açıklamalar görülür. İngilizce olan açıklamalara göre yalnızca txt dosyalarının sıralanacağı, DOI numarası bulunamayan kayıtlar için sırayı bozmamak için #açıklama şeklinde açıklama yapılabileceği ve bunların tarama sırasında atlanacağı belirtilmektedir. Bundan sonra Python programı ile aynı yerde bulunması gereken ve her satırda bir DOI numarası veya #açıklama şeklinde satırın bulunduğu txt dosyalarının bir listesi verilir. Uzun uzun dosya adı verilmemesi için her dosya adına bir numara tahsis edilir. Bu numara belirtilerek dosya açılır. Daha sonra bu txt dosyası için özel HTML belgesi oluşturulur ve ismi yazılır, bu dosyanın açılması gerektiği ifade edilir ve program sona erer. HTML dosyası açıldığında okuma kolaylığı için arkaplan renginin griye, karakter renginin ise beyaza ayarlandığı görülür. Her satırda DOI ismi ve CTRL tuşuna basılarak tıklanması gereken bir bağlantı bulunur. CTRL tuşuna basılmasının sebebi ayrı bir pencere açılmasını sağlamak içindir. HTML kodlarında uygun değişiklik yapılarak normal tıklamada da ayrı pencere açılmasını sağlamak mümkündür. Arama işleminin, İTÜ ağına mensup bir bilgisayarda çalıştırılması tavsiye edilir, çünkü birçok yayınevi İTÜ IP adreslerini tanıyarak size PDF dosyalarını indirme şansı vermektedir. Python programları kamu lisansına sahiptir, yani değiştirilmesi, değiştirilerek sunulması mümkündür. Tek şart orijinal kodların da yeni kodlarla beraber gönderilmesidir. Python dili hızlı, temiz, basit ve anlaşılır kodlara sahip olması nedeniyle çokça tercih edilmektedir. Kodlarla ilgili olarak yazara ulaşmak için adresine başvurulabilir. Hatırlatma: Programın çalışması için DOI numaralarını tercihen 50 li gruplar halinde her satırda bir DOI numarası olacak şekilde bir txt dosyasına kaydedin. Belli bir sıra takip ediyorsanız ve herhangi bir yerde DOI numarasını bulamadıysanız,

17 Hazırlayacağınız txt dosyasından birkaç örnek satır verelim: /s /b211350c /S (02) # /ja #56 # /S (02) Son olarak, bu işi yapan Python programının çıktısını görelim: #!/usr/bin/env python #-*- coding: cp1254 -*- import os directory = os.listdir(os.getcwd()) selected_files = {} print Only txt files will be listed!\ndo not forget to add #number as the \ records which does not have a DOI number. These will be skipped. for no, filename in enumerate(directory, 1): if.txt in filename: selected_files[no] = filename print selected_files print Select a number to select the corresponding file: number = int(raw_input( Your choice: )) opened_file = open(selected_files[number], r ) same_name = os.path.splitext(selected_files[number])[0] +.html html_file = open(same_name, w ) html_file.write( <html>\n<head>\n<title>my DOI file</title>\n</head>\n<body \ bgcolor = gray >\n<font color = white > ) while True: line = opened_file.readline().strip() if line == : break else: if line[0] == # : continue else: html_file.write( %s <a href = target = \ _blank ><b>click here</b></a><br><br>\n %(line, line)) html_file.write( </body>\n</html> ) opened_file.close() html_file.close() print The file %s successfully created... %same_name #açıklama satırı ile hangi numaradaki DOI dosyasını bulamadığınızı yazabilirsiniz. Bu txt dosyası olmadan programın çalışması mümkün değildir. Programın en büyük avantajı, HTML belgelerinde bağlantıların hatırlanması ve tıklanmış veya tıklanmamış bağlantıların farklı renklerle kodlanmasıdır. Bu da size o bilgisayarda bu belgeler aranmış mı, onu gösterir. Her türlü ihtimale karşılık, aynı belgeyi birçok defa kaydetmemek için önerimiz, DOI numaralarını dosya ismi olarak kullanmanızdır. Bunu düzgün olarak yapabilmek için küçük bir değişiklik yapmak zorunda kalacaksınız. Bu da, DOI numarası içinde mevcut olan bir veya daha fazla / işaretini tercihen _ işareti ile değiştirmek olacaktır. Özellikle uzun yılları kapsayan büyük bir literatür taraması projesi ile ilgileniyorsanız PDF dosyalarının takibi bu şekilde çok kolay bir hale gelecektir. Program hakkında danışmak istedikleriniz ve önerilerinizi bekliyorum. GNU/Linux ve benzeri Windows dışı işletim sistemleri için yapılacak küçük ayarlamalar vardır, bunlar için yazara başvurabilirsiniz. Programı beğeneceğinizi umar, sevgiler ve saygılar sunarım. Barbaros Akkurt İstanbul Teknik Üniversitesi Kimya Bölümü Uzman Doktor akkurtb@itu.edu.tr 17

18 Röportaj: bilim.org Bilim.org, 2002 yılında bir bilim forumu olarak yayın hayatına başladı. Belli bir takipçi seviyesine ulaşan site, 2005 yılından itibaren düzenli içerik de yayınlayan bir portala dönüştü. Uzun bir süre aynı formatta yayınına devam eden site, 2012 başından itibaren altyapı ve tasarım yenilemesinin yanı sıra geniş bir ekip kurarak daha ciddi bir yayın anlayışına geçiş yaptı.türkiye nin en eski ve en köklü bilim sitelerinden birisi olan Bilim.org un bir çok takipçisi ilk yıllarda lise ve üniversite öğrencisi iken, bugün çoğu okullarından mezun oldu, hatta yüksek lisans ve doktora yapıyor. Bu şekliyle Bilim.org un bir nesli mezun ettiğini de söyleyebiliriz. Türkiye nin Bilim Sitesi sloganı ile yayın hayatına 11 yılı aşkın süredir devam eden Bilim.org un site yöneticisi Ümit Büyükyıldırım la sizler için bir röportaj yaptık. Bilim.org sitesini kurmaya nasıl karar verdiniz? 2000 li yılların başları Türkiye de internetin yeni yeni yaygınlaşmaya başladığı, kişisel bilgisayar sahipliği oranının yeni yeni artmaya başladığı yıllardı. O sıralar internet üzerinde Türkçe kaynak sınırlıydı ve bir internet sitesi kurma koşulları bugünkü kadar kolay olmadığından dolayı içerik üretimi kısıtlıydı. Başlangıçta aklımda böyle bir siteye sahip olmak yoktu. Bilime meraklı olmamdan ötürü iyi bir bilim sitesi arayışına girmiştim ancak çok fazla kaliteli seçenek olmadığını farkedince kendi bilim sitemi oluşturma fikri oluştu bende. Ve 2002 yılında bir forum olarak yayın hayatımıza başladık. 18

19 Siteyi kurarken kaç kişiydiniz? Yanınızda kimler vardı? Kuruluş döneminde siteyi tek başıma idare ediyordum. O zamanlar da bunu yapmak kolaydı. Ancak daha sonraki dönemlerde bilim forumumuzdan tanıştığımız bazı arkadaşları ekip üyesi olarak aramıza dahil ettik. O zamanlardan bu yana hala ekipte olan Dr. Barbaros Akkurt var mesela. 11 yılı aşkın süredir varolan sitemizde, benden sonra en fazla süredir hizmet veren kişidir kendisi. Herhangi bir finansal yardım aldınız mı? Biz herşeyden önce anlık olarak güncellenebilen bir bilim portalıyız. Fizik, kimya matematik gibi ölçülebilir bilimlerden, tarih, sosyoloji ve psikoloji gibi sosyal bilimlere kadar hemen hemen her alana yer veriyoruz. Ancak konularımızın arasında bilişim, bilimkurgu, eğitim gibi farklı alanlar da var. Başta bilim olmak üzere sitemizin kapsamına giren konularda ortak zevkleri olan geniş bir kitleyi hedefliyoruz. Genel formatımız popüler bilim, ancak daha akademik düzeyde haber ve yazılara da yer veriyoruz. Biraz da ekibinizden bahseder misiniz? Site yöneticisi olarak benim haricimde 3 editörümüz, 15 kadar yazarımız ve 2 de teknik arkadaşımız var ekibimizde. Ben dahil tüm ekip bu işi herhangi bir maddi karşılık beklemeden gönüllü olarak yapıyor. Amatör bir ruhla, ancak ortaya çıkan iş itibarıyla profesyonele yakın bir dijital yayıncılık hizmeti sunmaya çalışıyoruz. Sitenin masrafları ile ilgili herhangi bir finansal destek almıyoruz, kendi imkanlarımızla finanse ediyoruz. Bunun dışında sitemizin hosting sponsoru DGN Bilişim var. Onlarla uzun yıllardır çalışıyoruz. Site ile ilgili işler ne kadar zamanınızı alıyor? Bilim.org la yarı-zamanlı olarak ilgilebiliyorum. Ekip de diğer arkadaşlar da aynı şekilde. Siteyle ilgilenme süremiz gününe göre değişiyor. Ancak ben kendim için söylersem, günde en az bir kaç saatim siteyle ilgilenmekle geçiyoruz. Hafta sonları ise bundan çok daha fazla bir süreyi siteye ayırdığım oluyor. Bilim.org un hedef kitlesi nedir? Site Yöneticisi Ümit Büyükyıldırım Yazarlarınızı hangi kriterlere göre seçiyorsunuz? Yazar adayı olmak isteyen arkadaşlar için bir başvuru formumuz var. Burada adayların kendi eğitim altyapıları, bilgi ve tecrübe düzeyleri hakkında fikir sahibi olacağımız sorular bulunuyor. Dış kaynaklardan çeviri için, başta İngilizce olmak üzere yeterli düzeyde yabancı dil bilgisi, kendi alanındaki yetkinlik düzeyi ve yazarlık konusundaki önceki deneyimleri de bizim için önemli bir kriter oluyor. Ayrıca yazarlardan neden Bilim.org a katılmak istediklerinin de cevabını bekliyoruz. Herhangi bir eğitim veya yaş alt sınırımız yok. Yeterli özelliklere sahip, Bilim.org için bir şeyler yapmayı gerçekten isteyen ve buna vakit ayırabilecek arkadaşları ekibimize dahil ediyoruz. Yazarlık dışında ekibimize farklı alanlarda katkı sağlamak isteyen arkadaşlar da oluyor. Onlar da kendi yetkin oldukları alanlarda eğer ki bizlere faydalı olabileceklerse, kendilerini ekibe dahil ediyoruz. 19

20 Yazarlarınızın genel profili hakkında bilgi verebilir misiniz? Genel olarak lisans ve yüksek lisans düzeyinde olan arkadaşlarımız var. Bunun yanı sıra doktora öğrenimi gören veya doktorasını tamamlamış yazarlarımız da var. Yazarlarımız Bilim.org a katkı sağlama anlamlında da farklı profillerde olabiliyor. Bilim.org olarak dijital yayıncılığınızın dışında çeşitli faaliyetler ve etkinlikler düzenliyor musunuz? Tabi ki. Fırsat buldukça yazarlarımızla topluca veya grup olarak toplantılar düzenliyoruz. Bizler sadece bir ekip değil, aynı zamanda da arkadaşız. Bu yüzden de Bilim.org çatısı altında farklı faaliyetleri de birlikte yapıyoruz. Sıkı takipçilerimizin bizlerle tanışabileceği toplantılarımız da oluyor. Sitenin yazarları dışında, ziyaretçilerimizle de yaptığımız faaliyet ve etkinlikler oluyor. Geçmişte kitap kampanyalarımız olmuştu. Zaman zaman sponsor desteği ile ücretsiz ürün ve hizmet dağıtımı da gerçekleştiriyoruz. Son olarak NASA Sergisi için 13 Nisan Cumartesi günü 80 adet ücretsiz bilet dağıtımı yaptık. Site ile ilgili olarak ileriye dönük planlarınızdan bahsedebilir misiniz? Daha özgün ve kaliteli içerik oluşturulması için bazı çalışmalarımız olacak. Daha fazla videolu etkinlik, röportaj ve tanıtımlar olmasını hedefliyoruz. Sosyal etkinliklerimizi ve sponsor desteği ile gerçekleştirilen faaliyetleri de artırarak devam ettirmek istiyoruz. Orta vadede amacımız, daha profesyonel bir Bilim.org oluşturmak. Bunun ilgili olarak gerekli şartları oluşturmaya çalışıyoruz ve her geçen gün bir adım daha ileriye gidiyoruz. Türkiye de bilime olan ilgiyi nasıl buluyorsunuz? Bilimsel üretim konusunda gelişmiş ülkeler kadar şanslı olmadığımız ortada. Ancak bilime ve öğrenmeye meraklı da geniş bir genç kitle var. Bu insanlara eğer doğru şeyleri sunarsanız, karşılığını alabiliyorsunuz. Örneğin NASA Sergisi çeyrek milyonun üzerinde insan tarafından ziyaret edildi. National Geographic gibi belgesel kanalları da her yaştan insanımızın ilgisini çekebiliyor. Demek ki bilime o kadar da ilgisiz değiliz. Ancak katılımcılık ve üretkenlik anlamında yoğun bir ilgiden ne yazık ki söz edemedeyiz. Bunun da zamanla değişeceğini umuyoruz. Bizim de Bilim.org olarak amaçladığımız hedeflerden birisi, ülkemizde bilimi sevdirmek ve yaygınlaştırmak. Türkiye nin eğitim sistemi bilim ile ne kadar iç içe? Sizce hangi önlemler alınırsa eğitimimizdeki bilim içeriği artabilir? Pratikten ziyade teorik ve ezberci bir eğitim sistemimiz var. Pratik öğrenim için de okullarımızd,a üniversitelerimizde yeterli altyapı ve ekipman yok. Bilim, hem imkanlarınız hem de yetişmiş beyin gücünüzün doğru kullanımı ile üretilebilir. Özellikle imkanlar açısından çok şanslı değiliz. Bilimsel gelişmeyi bir ülke politikası haline getirerek zamanla bunu aşabiliriz. Şu an bireysel çabalarla ve küçük başarılarla devam eden bir süreç bizim için. Ülkemizin giderek daha gelişmiş bir ülke olması için bilime daha çok yatırım yapması gerektiğine katılıyor musunuz? Kesinlikle! Dünyadaki en değerli yatırım, insana yapılan yatırımdır. Yetişmiş insan gücü bulunan Almanya ve Japonya, II. Dünya Savaşı nın bitmesinden 15 yıl sonra yine birer süper güç haline gelmeyi başardılar. Bunu da başta yetişmiş insan kaynağı ve sonra da çok çalışarak başardılar. Bizim de insana yapacağımız yatırım, gerekli uygun çalışma koşullarını sağladığımızda bize olumlu olarak dönecektir. Kapanış olarak söylemek istediğiniz sözleri alabilir miyiz? Orbital Dergisi ne bize zaman ayırıp yer verdiği için teşekkür ediyorum. 20

21 R A D Y O A K T İ V İ T E Radyoaktivite, bir atom çekirdeğinin, tanecik ya da elektromanyetik ışıma yayarak parçalanmasıdır. Bu parçalanma, kendiliğinden (doğal radyoaktiflik) veya uyarılma yoluyla (yapay radyoaktiflik) oluşabilir ve sonucunda enerji açığa çıkar. Radyasyon yaşamın gerçeği veya bir parçası kabul edilmek zorundadır. Doğal olarak, dünyanın her yerinde kaçınılmaz şekilde bulunan radyoaktif maddeler veya kaynaklar aracılığıyla, hem dış hem de iç ışınlanma olmak üzere radyasyonlarla yaşantımızı sürdürmekteyiz. Öte yandan, nükleer füzyon ya da nükleer kaynaşma-birleşme şeklinde adlandırdığımız, güneşte vuku bulan nükleer reaksiyonlar vasıtasıyla oluşan güneş ışınları diğer bir deyimle güneş radyasyonları ve sıcaklık, insanoğlunun yaşamsal ihtiyaçları olarak varlığımızın temelini oluşturmaktadır. Radyoaktif maddeler veya izotoplar; dünya ve güneş sistemimizin meydana geldiği yaklaşık 4.5 milyar yıldan beri mevcuttur. İnsan vücudu, doğal radyasyon kaynakları, örneğin, karbon-14 (C-14), potasyum-40 (K-40) ve polonyum-210 (Po-210) gibi radyoaktif materyalleri doğası gereği içinde bulundurmaktadır. Yeryüzündeki tüm yaşam, bu radyasyonların varlığı ve de insanın vücuda gelmesi ile birlikte, eş zamanlı iç içe sürüp gitmektedir. 21

22 Işınla Gelen Değişim; Radyoaktivitenin Doğuşu Günümüzden tam 117 yıl önce Becquerel tarafından keşfedilen radyoaktif ışıma, peşinden gelecek pek çok araştırmanın önünü açmış ve yaşantımızı etkileyen teknolojik aletlerin fikir kaynağını oluşturmuştur. Henri Becquerel, Röntgen in 1895 te X-ışınlarıyla ilgili makalesini incelerken ışınların, camın floresanslandığı bölgeden salıverildiğini öğrenmişti. Becquerel in, X-ışınları ile floresanslama arasında bir ilişki olup olmadığını araştırması; onu Radyoaktiviteyi keşfine götürecekti. Becquerel in aklına hemen X ışınları ile görünür ışık arasında temel ilişki var mı? Işıldayan madde X ışını yayabilir mi? soruları geldi. Bu doğrultuda fotoğraf filmini, ışık geçmeyen siyah kağıtla kapladı ve filmin üzerindeki uyarılmaları gözlemek için kristaller yerleştirdi. Ancak ilk deneyler olumsuz sonuç verdi. Denenen floresanslı maddeler, X ışınları yaymamıştı. Becquerel, Poincare nin Hem X ışını hem de görünür ışık yayan maddeler floresansı yeterince kuvvetli cisimlerdir. tezini kabul ederek deneylerine yeniden başladı. Bir uranyum tuzu olan uranil potasyum sülfatı kullandı. Uranyum bileşikleri floresanslandığında gerçekten de X ışınları yayılıyordu. Paris te havanın kapalı olduğu bir günde deneyi tekrarladı. Gün ışığı olmadığından, film üzerinde görüntünün negatif olması beklenirken uranyum tuzu gün ışığı olmadan siyah kağıttan geçen ışınlar yaymıştı. İşte yaratıcılığın; şans, rastlantı ve zekayla buluştuğu anda Radyoaktivite keşfedildi. Hikayenin bundan sonraki kısmında Curieler devreye giriyor. Radyoaktif ışımayı ilk olarak gözlemleyen Henri Becquerel Radyoaktivite kavramının baş mimarları; Pierre ve Marie Curie çifti Hayatını araştırmalara adamış, gençliğinde özel dersler vererek geçimini sağlayan Marie Sklodowska, Piezoelektrik deneyiyle bilimsel üne kavuşan Pierre Curie ile evliliklerinin 2.yılındaydılar. Pierre Curie nin önerisiyle Marie Curie, doktora tezi olarak Becquerel in ışınlarını seçti. Madam Marie, deneylerinde eşinin yaptığı elektrometreyi kullandı. Bu aletin en değerli özelliği; temel parçacıklarından birinin piezoelektrik kristal olan kuvars kristalini dengelemesiydi. Uranyum tuzu yaydığı ışınlarla havayı iyonlaştırıyor; iyonlaşan hava iletken hale geliyordu. Havanın iyonlaşması cismin yükünü kaybetmesini sağlıyor ve cismin yükü de elektrometre ile ölçülebiliyordu. Marie Curie, ışınların uranyum atomlarının özelliğinden kaynaklandığını keşfetti ve diğer elementleride denemeye başladı. Sonunda toryumun da benzer ışınları yaydığını buldu. Beklendiği gibi; uranyum ve toryum içeren mineraller radyoaktifti. Fakat bazı filizler içlerindeki uranyum ve toryum miktarlarına göre; çok daha fazla radyoaktiftiler. Curieler, bu durumu uranyum ve toryumdan güçlü bir elementin varlığıyla açıkladılar ve bu elemente Marie nin anavatanının ismini Polonyum u verdiler. Bu elementte ilginç bir izlenimde bulunmuşlardı. Polonyum, zaman- 22

23 la kendi kendine başka bir elemente dönüşüyordu. Dünden Bugüne Nükleer Çalışmalar Yapay radyoaktivite Radyoaktif ışınımın dikkatle izlenimi sonucu nükleer atom ve nükleer fizik kavramları gelişmeye başladı yılında Marie ve Pierre in kızı ve damadı Irene ve Friedrich Joliet Curie, yapay radyoaktiviteyi yani doğal radyoaktif olmayan bir maddenin radyoaktif bir maddeye dönüştürülebileceğini buldular. Bu keşifleri ile anne ve babaları gibi 1935 yılında Nobel Kimya ödülüne layık görüldüler. Böylece Irene Curie, annesi Marie Curie den sonra bu ödüle layık görülen 2. kadın bilim insanı oldu. Uranyumun yaydığı ışımalar 1904 yılında Rutherford, bu değişimi radyoaktif maddelerin belirli süreyle yarılandığını belirterek; yarı-ömür kavramı ile açıkladı. Radyoaktif maddeler yarı ömür süreleri içerisinde bulundukları kütlelerinin yarısına inerler. Uranyum-238 in yarı ömrü 4,5 milyar iken; polonyum-212 nin yarı ömrü s. nin 10 milyonda 3 ü kadardır. Uranyum ve toryumun yarı ömürleri Dünya nın yaşı mertebesinde olması maddenin ortaya çıkışının ilk yıllarından bu yana bu elementlerin varlığını gösterir. Ayrıca uranyumun ve toryumun bozunum süreçleri, nükleer fizikte ve şimdilerde enerji devamlılığı için nükleer enerjinin temelini oluşturmaktadır. Belki de uranyum-235 in yarı-ömrü çok uzun olmasaydı nükleer silahlar olmayacaktı. Marie Curie, yıllarca çalışarak elde ettiği 1 g. radyumu, zenginliği elinin tersiyle iterek, insanlar için Radyum Enstitüsü ne bağışlarken; 1903 yılında Becquerel ve Curielere Nobel ödülünü getiren radyum hakkında Pierre Curie, Radyumun cani ellerde çok tehlikeli olabileceğini düşünebiliriz. demiştir. Gerçekten de canilerin eline geçen bu sihirli element, atılan atom bombası ile Pierre Curie yi maalesef haklı çıkardı. Sürekli insanları düşünen Curie çitlerinden dahi Pierre, 1906 yılında at arabası altında kalarak can verdi. Marie Curie tek başına kalmasına rağmen; insanlar için çalışmalarına devam etti ve saf metal halinde radyum eldesiyle bir Nobel ödülüne daha layık görülerek iki kez Nobel ödülü alan ilk bilim insanı olarak tarihe geçti. Irene Curie ve Albert Einstein Radyoaktif izotoptan bomba yaratma fikri Atom bombasının temsili resmi 23

24 İlk olarak 1932 yılında James Chadwick, çekirdek dönüşümünün nötronlar tarafından gerçekleştiğini buldu ve hidrojenden uranyuma kadar bilinen tüm elementlerin radyoaktif izotopları elde edildi yılında Otto Hahn ın (ağır çekirdeklerin bölünmesi keşfi ile 1944 Nobel Kimya ödülüne layık görülmüştür.) çalışmaları sonucu ortaya çıkan, nötron etkisiyle çekirdeğin bölünmesinin (fisyon) radyoaktif izotoplar elde etmek için en önemli süreç olduğu görüldü. Bunu 1941 de, kendiliğinden çekirdek fisyonunun keşfi izledi. Bazı ağır çekirdekler dışında enerji gereksinimsiz, çekirdek artık hemen hemen iki parçaya bölünmekteydi. Fisyon tipi çekirdek tepkimesi, 1940 lı yıllarda atom bombası yapımı için kullanılmış ve yüksek saflıkta ki uranyum ile oluşturulan atom bombaları, 6 Ağustos 1945 sabahı ilk kez Enola Gay isimli bir bombardıman uçağı ile Hiroşima ya, 3 gün sonra da Nagasaki ye atılarak milyonlarca insanın hayatını yitirmesine ve pek çok hastalıklara ömür boyu katlanmasına sebebiyet vermiştir. Tarihin tozlu sayfalarına radyoaktif yolculuk Radyoaktif bir maddenin etkinliğinin ölçülmesi, maddenin yaşının saptanmasını sağlar. Ancak bu yöntem, radyoaktif izotoplara ya da böyle izotoplar içeren cisimlere uygulanabilmektedir. Böylece kazılar sırasında toplanan bazı radyoaktif maddeler, bu maddeleri içeren jeolojik oluşumların tarihini belirlemek üzere kullanılır. Flores adasındaki kireç taşı mağarada radyokarbon yöntemiyle yıllık kalıntılar bulundu Atom bombasının tesiri ile yüzünü kaybeden Japon Bu olaydan sonra, Pierre Curie söylemişti. demekten başka elden ne gelir. Atom bombasıyla gözbebeğinin merkeze doğru saydamlaşması hastalığı atom bombası kataraktı C-14 yöntemi ile tarihleme: ABD li fizikçi Willard Libby tarafından bulunan ve 1960 yılında Nobel Kimya ödülünü de almasını sağlayan bu yöntem, 4. zaman jeoloji uzmanları tarafından sıklıkla kullanılmaktadır. Radyoaktif C-14, atmosferin yukarılarındaki kozmik ışın nötronlarıyla, havanın azotunun ısıl bileşimiyle oluşur. Isıl bileşim süresince, bitkiler tarafından karbondioksit gazı halinde soğurularak, doğal yolla canlı varlıkların tümüne iletilir. Canlı varlıklar da C-14/C-12 sabittir. Buna karşılık ölüm olayından sonra C-14, artık yenilenmez ve fosilleşme yoluyla korunmakta olan maddeler içindeki oranı giderek azalır. Bir Geiger bulucusu ile karbonun dk. da ve g. da ki parçalanma sayısı ölçülür. Böylelikle yaşayan ya da yeni ölmüş bir organizmaya ait bir örnek için, dk. da 1g. içinde ki parçalanma ölçülür. Bu yöntem ile yıl önceki devir hakkında bilgi edinmek kolaylaşır. Toryum-230 yöntemi ile tarihleme: 1965 te jeoloji uzmanı C.E. Stearns ve fizikçi D.L. Thurber, yumuşakça fosillerin kabuklarında bulunan Toryum-230 ile Atlas Okyanusuyla Akdeniz in yıl öncesine dayanan eski kıyı çizgilerinin tarihlerini saptayabilmemizi sağladı. Bu yöntemler 4. zaman hakkında tüm bilgileri, uygarlıklardan kalma kalıntıları bulmaya yardımcı oldu. 24

25 Uranyum filizinin yaşı: Bir uranyum filizinin içerdiği kurşun oranının bilinmesinden, filizin yaşının çıkarılması sağlanır. Çünkü kurşun, ard arda uranyum parçalanmalarının bitimini oluşturur. Organizma izleyicileri 1923 te Macar fizikçi George von Hevesy, radyoaktifliğin biyokimya alanında kullanılışını başlattı. Canlı organizmadaki radyoaktif elementin varlığını sezmek için; izleyici adı verilen bir element organizmaya yerleştirildi. İzleyiciler, özellikle tarımda kimyasal gübrelerin en uygun bileşiminde kullanılmasında büyük önem taşıdı. Örneğin kimyasal gübrede ki fosfora izleyici olarak katılan radyoaktif fosfor-32 aracılığıyla, bitki içindeki gübre yayılımı kesin bir biçimde artık izlenebilmektedir. Nükleer Enerji Ağır radyoaktif maddelerin,dışarıdan nötron bombardımanına tutularak daha küçük atomlara parçalanması olayına fisyon, hafif radyoaktif atomların birleşerek daha ağır atomları meydana getirdiği nükleer tepkimelere ise füzyon tepkimesi denir. Füzyon tepkimeleriyle, fisyon tepkimelerinden daha fazla enerji elde edilir. Güneş patlamaları füzyon a, nükleer santrallerde kullanılan tepkimeler, atom bombası teknolojisi gibi faaliyetler de fisyona örnek olarak gösterilebilir. Bir nükleer santral kurmak için; zenginleştirilmiş uranyuma ihtiyaç vardır. Uranyumun fisyon tepkimesine girerek bölünmesi sonucunda, çok yüksek miktarda enerji açığa çıkar. Bu bölünme için, nötronlar yüksek bir hızla uranyum elementinin çekirdeğine çarpar. Bu çarpışma, çekirdeğin kararsız hale geçmesine ve sonrasında büyük bir enerji açığa çıkartan fisyon tepkimesine neden olur. Gerçekleşen tetikleyici ilk fisyon tepkimesi sonucunda, ortama nötronlar yayılır. Bu nötronlar diğer uranyum çekirdeklerine çarparak fisyonu, elementin her atom çekirdeğinde gerçekleştirene kadar devam eder. Ortaya çıkan enerji kontrol edilmediği takdirde ölümcül boyutlardadır. Kontrol etmek için, reaktörlerde fazla nötronları tutan ve tepkimeye girmesini engelleyen üniteler vardır. Bu sayede kontrollü bir fisyon tepkimesi zinciri sağlanır. Nükleer enerji üretimi, günümüzün ve geleceğin en önemli enerji kaynaklarından biri olarak kabul görmektedir. Petrol ve doğalgazın bazı ülkede geniş rezervler halinde bulunması ve bu kaynakların yenilenemez oluşu, birçok ülkeyi nükleer araştırmalara ve nükleer enerjiden faydalanmaya yönlendirmiştir. Bugün bakıldığında Dünya üzerinde 400 den fazla nükleer enerji santrali vardır ve bunlar dünyanın toplam elektrik ihtiyacının %15 ini sağlayacak kapasitede çalışmaktadırlar. Örneğin Fransa, elektrik ihtiyacının %77 sini nükleer reaktörlerinden sağlamaktadır. Sinop tan Yayılan Nükleer Dalga İTÜ-Triga Mark II reaktör elemanları Ülkemizde Çernobil nükleer santral kazasından sonra nükleer enerjiye karşı duygusal bir tavır olmasına karşın, dünyanın enerji gereksiniminin büyük kısmını nükleer enerjiden elde etmesi, şimdilerde yetkililerimizi harekete geçirdi. Akkuyuda yapılması planlanan nükleer tesisimizin yayınlanan ilk fotoğrafı 25

26 Hatta Sinop ve Akkuyu da, nükleer santral kurma girişimi başlatıldı bile. Akkuyu nun 1970 lerde yer lisansı var ve yetkililer bugün karar verse Akkuyu dan, 8 yıl içinde enerji üretimi başlayabilir. Bu sözün sahibi, ülkemizde etkin halde çalışan iki reaktörden biri olan İTÜ-Triga Mark II reaktörünü 2008 yılında, yeniden aktif hale getirmekte önemli rol alan eski reaktör müdürü Prof. Dr. Ahmet Bayülken e ait. Prof. Dr. Bayülken, ülkemizin nükleer geleceğinin nasıl şekillenmesi gerektiğini bakın başka hangi cümlelerle ifade ediyor. Nükleer güç reaktörleri için 2 tane genel teknoloji vardır. Biri doğal uranyum ile çalışanlar, diğeri de zengin uranyum ile çalışanlardır. Şu anda İran ın yaptığı da uranyum zenginleştirme. Uranyum zenginleştirmeyi biz yapamayız ve bunu yapma teknolojisini bize vermezler. Yani zengin uranyum alma açısından dışa bağımlı olabiliriz. Biz üretemeyeceğimiz için bunu üreten bir yerden, ABD, Rusya ve Fransa dan almak zorunda kalırız. Ancak kurmak için doğal uranyum ile çalışan reaktörler seçilirse, o zaman yakıt açısından dışa bağımlı olmayız. Neden olmayız? Çünkü Türkiye de uranyum var. En azından 2 reaktörü ömür boyu çalıştıracak miktarda uranyum var. Bu uranyumu işleyecek teknoloji de var. Dolayısıyla işlenen bu uranyum madeninden yakıt yapma olayı da mümkün. Bu durumda yakıt açısından dışa bağımlılık olmaz ama teknolojik açıdan yine bağımlı oluruz. Bu nedenle Türkiye ye sadece nükleerin gelmesi yeterli değil. Nükleer teknolojinin de gelmesi lazım. Nükleer teknoloji de 1-2 reaktör kurulması için gelmez. Bu konuda Güney Kore güzel bir örnek. Güney Kore, reaktörlerini başta anahtar teslimi yaptırdı, sonra her reaktör yapılırken bir şeyler öğrenip bugün tüm nükleer santralini kendi kurabilecek duruma geldi. Türkiye için de bu lazım. Türkiye de 5 tane nükleer reaktör kurayım, 5 ini de dışarıdan alayım. Onları da birileri işletsin, sonra da ya bana devretsin ya da kendi işletsin doğru bir mantık olmaz. Uzun vadeli bir plan yapılması lazım ve nükleer teknoloji aşama aşama Türkiye ye girmeli. Türkiye mutlaka nükleer enerjiye geçmeli. Ne dersiniz ülkemizde nükleer santraller kurulmuş olsa yalnızca İstanbul Teknik Üniversitesi nde nükleer eğitim görmüş 300 den fazla elemanın varlığıyla, biz de Dünya da bir nükleer güç olamaz mıyız? Çağkan Yurtsever İstanbul Teknik Üniversitesi Kimya Bölümü Lisans Öğrencisi yrtseverc@gmail.com Işın Tedavisi Embriyo ışınlanmaya karşı oldukça duyarlıdır. Bir radyoaktif elementin soğurulması ya da yerleşmesinin yol açtığı iç ışınlanma hastalıkları, ivegen ya da süregen olabilir. Atom bombası kurbanlarında ve laboratuarlarda maruz kalınan ışınlanmalar ivegen şekilde insan üzerine tesir eder ve mide, bağırsak kanamalarıyla birkaç saat içinde ölüme dahi yol açabilir. Süregen ışınlar ise, hasar gören doku veya tümörlü organların tedavisinde sıklıkla kullanılır. Radyum kemikler üzerine, polonyum böbreklere, dalağa ve karaciğere, iyot tiroid bezlerine yerleşir ve bu radyoaktif izotoplar veya cisimler kanser hücrelerini yaydıkları ışınla etkisiz hale getirirler. Radyoaktif ışının hastalıklı dokuyla etkileşimi Tümörlerin üzerine gönderilen ışınları ilk olarak Pierre Curie, parmak derilerinde ki dökülmeye karşılık kullanmış ve bu tedavi Curie Tedavisi veya şimdilerdeki yaygın kullanımıyla Işın Tedavisi adını almıştır. Yüzyılımıza damgasını vuran, birçok Nobel ödülünü araştırmacılarına kazandıran Radyoaktivite, hayatımızı daha pek çok konuda değiştirmeye açık olduğunu bizlere gösteriyor. Sağlığımızda, tarihsel araştırmalarımızda, organizmaları keşifte, enerji ihtiyacımızda bizlere yardımcı oluyor. Bizleri bilinmeyen konularda bir ışınla aydınlatıyor. Unutmamak gerekir ki; her bilimsel araştırma önce insanlık için yapılır onları çıkarları uğruna kötüye kullananları bilim dışlar; Becquerel ve Curie leri de saygı ve minnetle anar. Bize bu ufku açan bilim insanlarını bizde unutmayalım ve radyoaktifliği insanlıktan ayırmayalım. KAYNAKLAR Gelişim Hachette, 9.cilt Uluslararası Atom Enerjisi Kurumu ve Dünya Sağlık Örgütü raporu, 2005 Bugdaycı, İ., Radyoaktivite, Tübitak Bilim ve Teknik, Mart 1996 Özbakan, M., Radyokarbon Yöntemiyle Tarihlendirme Nasıl Yapılır?, Tübitak Bilim ve Teknik, Mayıs

27 Yakıt Pilleri İçin Hidrojen Taşıyıcı Metanol Birçok kimyager hidrojeni yakıt olarak kullanmanın en verimli yolu sorusunun cevabını bulmak için onlarca yılını harcamıştır. Gelin bu sorunun cevabını bulmak için çaba göstermiş olan Matthias Beller ve araştırma grubunun yeni çalışması olan geliştirilen katalizör ile metanolden yüksek verimde hidrojen eldesi yöntemine bir göz atalım. Kristal formdaki yeni katalizör metanolü verimli bir şekilde hidrojene çeviriyor. Sıvı yakıtların ekstrakte edilmesiyle hidrojen eldesi prosesleri, enerji açısından hidrojen eldesi karşısındaki büyük bir engeli ortadan kaldırabilir. Günümüzde yakıt pillerinde elektrik eldesi yan ürün olarak sadece su kullanılarak hidrojen gazı tüketimine dayanıyor. Bu konu üzerine eğilen bilim adamları çözünebilir rutenyum kaynaklı pincer cinsi katalizör ile düşük sıcaklık ve basınçta metanolden hidrojen gazı elde etmenin bir yolunu buldular. Şimdiye kadar metanolden hidrojen eldesi prosesi, daha çok bilinen adıyla reforming, sıvı metanol 200 C de ısıtılarak kere tekrarlanarak atmosfer basıncı altında gerçekleştiriliyordu. Bu zor koşullar bu prosesin kullanılması için ciddi sorunlar barındırıyordu. Katalizör kullanılarak uygun koşullara indirgenen hidrojen elde yöntemi ile araçlarda bulunan proton değişimli membran yakıt pillerinde kullanılan hidrojenin metanolden daha verimli olarak elde edilmesine de katkı sağlayabilir. Beller, Ne kadar enerjiyi kurtarabileceğimizi tahmin etmek çok güç. Proses henüz başlangıç aşamasında ve ticarileşmesi için önünde uzun bir yol var diyor. Ancak eğer istenilen amaca ulaşılırsa metanolün mobil cihazlarda, bilgisayarlarda hatta arabalarda bile hidrojen taşıyıcı görev alarak kullanılabileceğini düşünüyor. Araştırma grubu merkezinde rutenyum metali olan çevresinde organik grupların yanı sıra nitrojen ve iki fosfor grubu taşıyan organometalik yapıda çok önemli bir çözünebilir katalizör geliştirdi. Geliştirilen bu katalizör, su ve sodyum hidroksit varlığında metanolün hidrojeni serbest bırakarak formaldehite dönüşmesini sağlıyor. Reaksiyonun devamında formaldehit kataliz varlığında formik asite dönüşür. Son aşamada hidrojen ve karbondioksit olarak ortama verilir. Rastlanmadık şekilde bu reaksiyonda tek bir kataliz 3 substrata etki ederek reaksiyon ilerletici görevi görüyor ve bütün metanol çözeltisi harcanarak 3 mol hidrojen açığa çıkıyor. 27

28 Rutenyum kompleksi metanolü 3 aşamalı oksitleyerek hidrojen açığa çıkarıyor. Oxford Üniversitesi nde metanol içeren sıvılardan hidrojen eldesi ile ilgi araştırmalar yürten kimyager Edman Tsang, yapılan çalışmayı büyük keşif olarak yorumluyor ve bu reaksiyonun C nin altında bir sıcaklıkta ve uygun basınçta yürümesinin, bu yöntemle çalışan pratik yakıt sistemlerinin kullanılmasına avantaj sağladını belirtiyor. Reaksiyonda harcanan kataliz molekülüne oranla elde edilen hidrojen molekülü sayısının ve hidrojen üretim yüzdesinin başarılı olduğunu söyleyen bilim adamı yöntemin geliştirilmesi gerektiğinin de altını çiziyor. Beller, organometalik kimyanın güzelliğini sisteminizi çok farklı yollarla değiştirerek uyumlu hale getirebilmek olarak tanımlıyor ve ufak dokunuşlarda çalışmasının veriminin artacağına inanıyor. Yüksek Enerji İhtiyacında Düşük Verim Engeli Metanolün hidrojene dönüşümü reaksiyonu, hidrojenli yakıt pillerinde verimi yaklaşık iki katına çıkarabilir ancak yüksek enerji gerektiren örneğin arabayı çalıştırmak için gerekli olan enerji için saniyede 24 litre hidrojen gerekmektedir. Beller ve grubu laboratuvar şartlarında mililitre düzeyinde hidrojen elde edebilmişlerdir. Ayrıca geliştirilen katalizörün 4 aydan bir yıla kadar dengede kalması gerekirken kullanılan katalizör sadece 3 hafta gibi kısa bir süre içinde dengededir. Bir başka etken ise reaksiyon sonucunda açığa çıkan karbondioksit. Bu karbondioksit tutulmazsa atmosfere salınıyor. Asıl bizi ilgilendiren ise karbondioksitin baz olarak kullanılan alkaliyle birlikte metanol-hidrojen dönüşümünü yavaşlatıyor olmasıdır. Bunu engellemek amacıyla karbondioksit tutularak metanolden hidrojen dönüşümü için bir döngü olarak kullanılmalıdır. Nobel Ödülü kazanan ünlü kimyager George Olah a göre, Enerji karşılama noktasında eksiklikleri de olsa keşfedilen katalizör ile gerçekleştirilen metanol-hidrojen dönüşümü, geleceğin ekonomisinde metanolün sıvı yakıt olarak direk kullanılması fikrine öncülük ediyor. KAYNAKLAR Hadlington, S. (2013, Şubat ). Supercharging methanol for fuel cells. Royal Society of Chemistry, Noorden, R. V. (2013, Şubat). Liquid storage could make hydrogen a feasible fuel. Nature, Ozan KARTAL İstanbul Teknik Üni. Kimya Bölümü Lisans Öğrencisi kartaloz@itu.edu.tr 28

29 MİKROORGANİZMALAR: MİKRO BOYUTTA MAKRO İŞÇİLER Yaşadığımız ekosistem içerisinde boyutlarının aksine büyük ve yeri doldurulamaz bir öneme sahip canlılar olan mikroorganizmalar, çevresel atıkları ayrıştırmakta temel unsur olmaktan, azot döngüsünde gaz haldeki azotun döngüyü tamamlamasında anahtar birim görevi görmeye kadar birçok hayati görevi üstlenmişlerdir. Sanılanın aksine mikroorganizmaların yaklaşık %95 i yararlı iken yalnızca %5 i insanlar üzerinde hastalık ve benzeri etkiye sebep olabilmektedir. Bir çeşit mikroorganizma olan Penicilia fungi mantarından doğal antibiyotik elde edilmesi(tıp), mayalanma(gıda), atıksuların temizlenmesi(çevresel arıtma), karbon ve azot döngüsünün tamamlanması(biyokimyasal döngü) gibi farklı birçok alanda faal olan bu canlılar, doğal denge süreci için önemini korumaktadır. Mikroorganizmaların Tarihçesi : Tek hücreli mikroorganizmalar, yeryüzünde yaklaşık olarak 3-4 milyar yıl önce oluşmuş ilk canlı biçimleridir ve dünya tarihinin büyük bir kısmında tek canlı biçimi mikroorganizmalardı. Birçok mikroorganizma, hızlıca yenilenebilir ve bakteriler gibi mikroplar, çok farklı türler arasında, konjugasyon,transformasyon ve transdüksiyon ile serbestçe gen transferi yapabilirler. Yüksek bir mutasyon oranı ve gen çeşitlemesinin birçok başka yoluyla bitiştirilmiş olan bu yatay gen transferi, mikroorganizmaların hızla, yeni ortamlarda yaşayabilmelerine ve ortam baskılarına karşı direnmelerine olanak sağlamaktadır. Mikroorganizmaların Görünüşü 29

30 Sınıflandırma Temelde mikroorganizmalar prokaryotlar, ökaryotlar ve cansızlar olarak üç sınıfa ayrılsa da, bu sınıflandırmanın derinliklerine inildiğinde prokaryotlar bakteriler olarak, virüsler cansızlar olarak, fungi, alg,protozoa,rotifer ve solucanlar ise ökaryot canlılar olarak ayrılmaktadırlar. Bunlardan tek hücreli mikroorganizmalar olan prokaryot bakteriler, toprakta, deniz suyunda, okyanusun derinliklerinde, yer kabuğunda, deride, hayvanların bağırsaklarında, asitli sıcak su kaynaklarında, radyoaktif atıklarda kısaca akla gelebilecek her ortamda bulunmaktadırlar. Tipik olarak bir gram toprakta bulunan bakteri hücrelerinin sayısı 40 milyon, bir mililitre tatlı suda ise bir milyondur; toplu olarak dünyada beş nonilyon (5 1030) bakteri bulunmaktadır, bunlar dünyadan biyokütlenin çoğunu oluşturur. Azot Döngüsü Tüm bu kimyasal reaksiyonlar temelde canlıların yaşamını sürdürebilmesi için gereklidir. Çünkü bazı azotlu organik bileşikler (NO, hidroksilamin, hidrazin, siyanat vb) inaktif olduklarından ve proteinlere zarar verdiklerinden amonyuma çevrilmesi ve asimile edilmesi gerekir. Çevresel su arıtmasında da yine aynı nedenle mikroorganizmalara ihtiyaç duyulur ve su kaynaklarının azotlu organik bileşiklerden bertaraf edilmesi için saprofilik bakterilerden yararlanılır. Bu bakteriler azotlu organik bileşikleri inorganik amonyağa dönüştürürler ve zararsız hale getirirler. Bakterilerin bunu yapabilmesi için temel gereksinimleri O 2 dir. Mikroorganizmaların Sınıflandırılması Bakterilerin döngülerdeki yeri : Azot Döngüsü Biyokimyasal azot döngüsünde prokaryotik organizmalar dominant bir role sahiptirler. Nitrojen döngüsünün temel prosesleri olan NH 4 + asimilasyonu, N 2 fiksasyonu, NO 3 - indirgenmesi gibi birçok kimyasal reaksiyonu bakteriler gerçekleştirirler. N 2 fiksasyonu yani azot gazını azotlu bileşiklere dönüştürme görevini serbest yaşayan veya simbiyotik prokaryotlar, NO 3 - indirgenmesini fungi,alg ve archaea bakterileri, amonyumun nitrite ve nitritin nitrata dönüşmesini amonyum oksitleyici bakteriler sağlarlar. Atıksu Bakterileri 30

31 Karbon Döngüsü Aynı zamanda karbon döngüsünde de yer alan mikroorganizmalar olan mikroalgler, temel olarak fotosentez yaparak CO2 i absorbe eder ve su canlılarına oksijen temin eder. Bakteri ve fungilerin temel amacı organik maddeyi parçalayarak zararsız hale getirmek ve su kaynağını temiz tutmaktır. Fakat oksijen yokluğunda bazı organik dekompozisyon ve fermentasyon reaksiyonları gerçekleşebilir ve zararlı gazların (hidrojen sülfür ve metan) açığa çıkmasına sebep olabilir. Bazı durumlarda ise bakterilere anaerobik ortam koşulları sağlanarak metan gazı eldesi de gerçekleştirilmektedir. Gıda Döngüsü Bakteriler gıdaların geri dönüşümü için hayati bir öneme sahiptirler ve gıda döngülerindeki çoğu önemli adım bakterilere bağlıdır. Bakteriler, çoğu zaman laktobasil türleri, maya ve küflerle beraber fermante edilmiş gıdaların(peynir, turşu, soya sosu, sirke, şarap ve yoğurt gibi) hazırlanmasında binlerce yıldır kullanılmaktadır. Tıpta mikroorganizmalar Tıp alanında bir dönem çığır açmış olan ve birçok ağır hastalığa etki eden tek ilaç olan doğal penisilin antibiyotiği, Penicilia fungisi tarafından üretilmektedir. Doğal penisilin türevleri (penisilin G,prokain penisilin, benzatin penisillin, ve penisilin V), bakterisel enfeksiyonlarda, özellikle gram pozitif bakterilerin yol açtığı hastalıklarda oldukça etkili olsa da, bakterilerin gen transferi yapması sonucu bağışıklık kazanmaya başladığı görülmüştür. Bunun yanısıra, insan bağırsağındaki yaşayan 1000 den fazla bakteri, bağırsak bağışıklığına, bazı vitaminlerin (folik asit, K vitamini ve biyotin) sentezine, süt proteinlerinin laktik asite dönüştürülmesine katkıda bulunur, ayrıca sindirilmemiş kompleks karbonhidratların fermantasyonunu sağlar. Penisilin G Molekülü Endüstride Mikroorganizmalar Biyolojik haşare kontrolünde haşare ilaçlarının yerine bakteriler kullanılmaktadırlar. Bunun en yaygın örneği, gram pozitif bir toprak bakterisi olan bacillus thuringiensisdir. Bu bakterinin alt türleri, kelebeklere özgül bir böcek öldürücü olarak kullanılır. Spesifik olmalarından dolayı bu böcek öldürücüler çevre dostu olarak kabul edilir; insanlara, yabani hayvanlara, polinasyon yapan ve diğer faydalı böceklere etkileri çok az veya hiçtir. Bakterilerin çeşitli organik bileşikleri parçalayabilme yetenekleri dikkate değerdir ve atıkların işlenmesi ve değerlendirilmesinde kullanılmaktadır. Petroldeki hidrokarbonları sindirebilen bakteriler çoğu zaman petrol saçılmalarının temizlenmesinde kullanılır. Genel Değerlendirme Mikroorganizmaların doğal döngülerin temel taşlarından olmasının yanısıra, birçok kritik alanda sağladıkları kolaylıklar onları vazgeçilmez kılmaktadır. Bir sistemde temel prensip, bütünde dengeyi sağlamak için sistemin en küçük birimlerinin dengesini ve kontrolünü sağlamaktır. Ekosistemin temel birimi kuşkusuz mikroorganizmalardır. KAYNAKLAR: Topley and Wilson, The Bacteria: Historical Introduction, Mar Cabello, P., Rolda n, M. D., Castillo, F., Moreno-Vivia n, C., Nitrogen Cycle, Zhou, Q., Kangmin, L., Jun, X., Bo, L., Role and Functions of Beneficial Microorganisms in Sustainable Aquaculture Cohen, Y., Bioremediationof Oil by Marine Microbial Mats, Malhun FAKIOĞLU İstanbul Teknik Üniversitesi Kimya - Çevre Mühendisliği Bölümü Lisans Öğrencisi fakioglu@itu.edu.tr 31

32 ŞEKİL HAFIZALI POLİMERLER Çevresel etkilere tepki verme yeteneğine sahip polimerlerin bilimsel ve teknolojik önemi çok büyüktür. Dışarıdan bir etkiyle kontrol edilmeleri, şekil ve renk gibi makroskopik özelliklerinin değiştirilebilmesini sağladığından, şekil hafızalı polimerler son yıllarda araştırmacıların ilgisini çeken malzemelerden biridir. Bu çeşit polimerler; ısı, ışık, manyetik alan, iyon kuvveti veya ph değeri gibi dış etkilere karşı hassastırlar ve tekstil, elektronik, uzay ve özellikle biyomedikal gibi alanlardan oldukça geniş kullanım potansiyeline sahiptirler. Gelecekte, kullandığımız ürünlerin günümüzdeki tasarımlarını tamamen değiştirmeleri mümkündür. Şekil Hafızalı Polimer Nedir? Şekil hafızalı polimerler, sahip olduğu şeklini hafızasında koruyarak, geçici olarak deforme olmuş şeklinden, sıcaklık, ph, ışık gibi çevresel uyaranların etkisiyle kontrollü bir biçimde orijinal şekline dönebilen akıllı malzemelerdir. Şekil hafızalı polimerler (ŞHP), çevre sıcaklığı, elektrik akımı, manyetik alan, ph, UV, ışık, belirli bir kimyasal veya herhangi başka bir uyaran tarafından tetiklenerek ilk şekilleri geçici olarak deforme edilebilir ve bu ikinci şekil dışarıdan bir etkiye maruz kalmadığı sürece uzun bir süre kararlı bir şekilde korunur. Şekil hafızalı polimerlerin genel formu, kalıcı ve geçici olmak üzere iki çeşit şekle sahiptir. Klasik yapıdaki bu şekil hafızalı polimerler ikili şekil hafızalı polimerler olarak bilinir. Kalıcı şekil çapraz bağlar tarafından belirlenirken, geçici şekli dönüşüm segmentleri belirler. Şekil hafızalı polimerler arasında 32

33 en popüleri sıcaklığa duyarlı olanlarıdır. Bu polimerler için geçiş sıcaklığı denilen önemli bir sıcaklık vardır. Geçiş sıcaklığından önce şekil hafızalı polimerler, diğer polimerler gibi davranır, geçiş sıcaklığı aşıldıktan sonra dış etkenlerle polimere ikinci (geçici) bir şekil verilir. Ayrıntılı olarak şekil hafıza mekanizması dört basamaktan oluşur (bkz: Şekil 1). 1. Geçiş sıcaklığı üzerinde polimer esnek bir yapıdadır ve sabit bir kuvvet ile kolayca şekil verilebilir. 2. Geçici şeklin verildiği sabit kuvvet altında, polimer direk soğutulduğunda (geçiş sıcaklığının altına düşürüldüğünde) geçici şekil olduğu gibi korunur. 3. Soğuma tamamen gerçekleştikten sonra malzemenin şeklini koruması için herhangi bir dış kuvvete ihtiyacı yoktur. Bu geçici şekilde, polimer katı ve serttir. 4. Geçici şekilden kurtulmak için geçiş sıcaklığı üzerine ısıtılır ve malzeme ilk şekline geri döner. Bu sırada polimer esnek ve yumuşaktır. Hiçbir kuvvet uygulanmadan soğutulursa kalıcı şekliyle sert ve katı hale dönüşür. Şekil hafıza etkisi ilk olarak 1940lı yıllarda rapor edilmiştir. Endüstriyel uygulaması 1950 lerde Raychem şirketinin kurucusu Paul Cook un polyetilen malzemesiyle sentezlediği ısı ile küçülen borulardır. Ancak şekil hafızalı polimer terimi Fransız CdF Chimie Company tarafından geliştirilip, Nippon Zeon Co. tarafından Norserex markası ile ticarileştirilen, 35 C-40 C arasında cam geçiş sıcaklığına sahip poli(norboren) ile kullanılmaya başlamıştır. Günümüzde poli(norboren) kauçuk endüstrisi kapsamında demiryolu, inşaat malzemelerinde, kişisel koruyucu giysilerde, ayakkabı parçalarında, tamponlarda, fotokopi makinelerinde, oyuncaklarda ve yarış motorlarının lastiklerinde kullanılmaktadır. Daha sonra, 1987de cam geçiş sıcaklığı 67 C olan trans-poliizopren bazlı şekil hafızalı polimerler geliştirilmiştir. Üçüncü nesil şekil hafızalı polimerler ise, stiren bütadien bazlı olup cam geçiş sıcaklıkları 60 C ile 90 C arasındadır. Bu iki tür polimerler de yüksek cam geçiş sıcaklıklarına sahip olduğundan kullanım alanları sınırlı, işlenebilirlikleri düşüktür. İlk Şekil Hafızalı Polimerler Mitsubishi Heavy Industry tarafından daha sonra geliştirilen poliüretan bazlı termoplastik şekil hafızalı polimerler ise -30 C ile 65 C arasında geniş bir camsı geçiş sıcaklık aralığına sahip olduğundan daha önceki polimerlere göre mekanik özellikleri oldukça yüksektir. Bu nedenle yaygın kullanım alanları vardır. Şekil hafıza etkisinin çalışma mekanizması Norboren Molekülü 33

34 Şekil hafızalı polimerler kişisel koruyucu giysilerde kullanılmaktadır. Üçlü Şekil Hafızalı Polimerler 2006 da Bellin ve arkadaşları sentezledikleri çapraz bağlı polimerin yapısında iki farklı termal geçiş keşfetmişlerdir. Buldukları iki farklı geçiş sıcaklığıyla polimerin bir kalıcı ve iki geçici olmak üzere toplam üç şekle sahip olduğu görülmüştür ve oluşan bu etkiye üçlü şekil hafıza etkisi denilmiştir. Bilimin geçmişine bakıldığında şekil hafızalı polimerlerin şaşırtıcı bir tarihi bulunmaktadır fakat günümüzde üçlü şekil hafızalı polimerler yeni tanınmakta ve teknolojik ilerlemelerde daha etkileyici sonuçlar vereceği düşünülmektedir. Şekil 4 te geçiş sıcaklıkları 38 oc ve 75 oc olan üçlü şekil hafızalı polimer (TSMP) görülmektedir. Kalıcı şekli çubuk olan TSMP, Ttrans1 (75 oc) sıcaklığı üstünde deforme edilmiş ve Ttrans1 (75 oc) ile Ttrans2(38 oc) arasındaki herhangi bir sıcaklıkta soğutularak birinci geçici şekil sabitleştirilmiştir [1.basamak]. Bu sıcaklıklar arasında polimer tekrar farklı bir şekle deforme edilip Ttrans2(38 oc) altında soğutularak ikinci geçici şekil sabitleştirilmiştir [2.basamak]. En sonunda ikinci geçici şekil, Ttrans2(38 oc) ile Ttrans1 (75 oc) arasında bir sıcaklığa konulduğunda birinci geçici şekline dönerken [3.basamak], hemen ardından Ttrans1(75 oc) üstündeki bir sıcaklığa getirildiğinde ise kalıcı şekline geri dönmüştür [4.basamak]. Şekil Hafızalı Polimerlerin Biyomedikal Uygulamaları Şekil hafızalı polimerlerin en önemli uygulama alanlarından biri biyomedikal alanıdır. Bu uygulamalara ilk örnek, lazer aktiveli stentler olarak verilebilir. Küçük bir operasyon ile damara geçici şekliyle yerleştirilen stent, hedef bölgeye ulaştığında lazer ile aktive edilerek kalıcı şeklini alır ve damarı genişletir (bkz. Şekil 5). Başka bir örnek, dünyadaki en önemli sağlık problemlerinden biri olan obeziteye karşı geliştirilmiş şekil hafızalı polimerlerdir. Çoğu vakada aşırı yeme obeziteye sebep olup, iştah azaltıcı metotlarla tedavi edilebilir. Buna yönelik çözüm, belli bir süre sonunda şişmeye ayarlanmış, biyolojik olarak çözünebilen polimerlerdir ve hastada az miktar yemek yedikten sonra bile tokluk hissi uyandırabilmektedirler. 34

35 Şekil hafızalı polimerlerin biyolojik olarak çözünme yeteneğine sahip (biodegradable) olmaları da dış etkiye cevap verme yeteneği yanında biyomedikal uygulamalarda büyük avantaj sağlar. Bu malzemelere örnek olarak, biyolojik olarak çözünen şekil hafızalı polimer yapıdaki dikişler verilebilir. Şekil hafızası etkisiyle bu malzemeler yarayı, belirlenmiş bir gerilme uygulayarak birleştirebilmektedirler. Çoğu uygulamada, belli bir süre sonunda tamamen çözündüklerinden dikişlerin alınması gerekmemektedir. Şekil hafızalı dikişlerin sıcaklık ile değişimi Şekil Hafızalı Polimerlerin Gelecekteki Uygulamaları Biyomedikal alanında kullanımları artacağı gibi, uzay alanında uygulamaları da yaygınlaşacaktır. Bir diğer potansiyel uygulama alanı ise akıllı kumaşlardır. Aynı kıyafetin hava sıcaklığına göre şekil değiştirerek hem yazlık, hem de kışlık kullanılabilmesi projesi araştırmalardan biridir. Ayrıca, eski elektronik cihazların geri dönüşüm problemine karşı da gelecekte kendi kendine yıkılabilen şekil hafızalı polimerler kullanılarak çözüm bulunabileceği düşünülmektedir. Şekil hafızalı polimerlerin bir diğer araştırma alanı ise alternatif dış etkilere tepki vermelerini sağlamaktır. Örneğin, elektrik alan, manyetik alan, ışık (özellikle görünür ışık), basınç, ses, mekanik gerilme, kimyasallar gibi dış etkiler ile uyarılabilir, kullanım alanları oldukça geniş şekil hafızalı polimerler ile ilgili çalışmalar yapılmaktadır. Bunun yanında iki termal geçişe sahip üç şekil hafızalı polimerlerin de teknolojik ilerlemelerde daha etkili sonuçlar vereceği düşünülmektedir. Günümüzde yaygın kullanıma sahip olan şekil hafızalı yastıklar KAYNAKLAR: Biodegradable, Elastic Shape-Memory Polymers for Potential Biomedical Applications(2002) Du S., Leng J., Shape Memory Polymers and Multifunctional Composites, Taylor and Francis Group, 2010 Shape Memory Polymers (SMPs) Current Research and Future Applications (2012) Shape Memory Polymers (2010) Shape-memory Polymers (2007) Gülce ÖNGÖR İstanbul Teknik Üniversitesi Lisans Öğrencisi Kimya Bölümü Çiğdem Bilici İstanbul Teknik Üniversitesi Yüksek Lisans Öğrencisi Kimya Bölümü 35

36 Sık Tüketilen Gıdalardaki Tehlike: Kafein Geçmişten bu yana, beslenme canlıların yaşamlarını sürdürebilmeleri için çok önemli bir ihtiyaç olmuştur. İnsanlar tarafından tüketilen gıdalar katı ve sıvı olarak gruplandırılmıştır. Kahve, çay, maden suyu ve kola gibi içecekler günlük tüketilen gıdaların başında yer almaktadır. Özellikle kahve birçok insan için vazgeçilmez içecekler arasında yerini almıştır. Öte yandan kahvede olduğu gibi, diğer kafeinli içeceklerde sinir sistemini uyarması ile insan üzerindeki bağımlılık etkisini arttırmıştır. Son zamanlardaki deneysel çalışmalara göre kahve, kola, yeşil çay gibi kafeinli içecekler insan sağlığına ciddi ölçüde zarar veriyor ve ölümcül sonuçlara yol açıyor. 36

37 Kafeinin en temel olumsuz etkilerinin başında kalp hastalıkları gelmektedir. Kafeindeki uyarıcı kimyasal ile dengesiz kalp atışları meydana gelir. Yani her kahve, soda ve çay tüketimi sonunda santral sinir sistemindeki adenozin reseptörleri etkilenir ve kafein sayesinde bu reseptörler bariyerlenir. Kafein tüketimi ile, kardiyovasküler sistemde adrenalin hormonal dengesi değişir. Kafeindeki epinefrin uyarıcı molekülü ile kan basıncı artar ve kalp atışları temposunu arttır. Kafein açık formülü Kafeinin insan sağlığı üzerindeki diğer ciddi bir sonucu böbrek hastalıklarıdır. Kafeinin indükleyici etkisi ile 32 /39 oranında, kafein Ca/Cr ile Na/Cr iyonlarına bağlanır. Bunun sonucunda renin bölgesinde böbrek yetmezliği ortaya çıkar. Yine kalpte olduğu gibi adenozin reseptörlerinin kafein tarafından kaldırılmasıyla böbrek yetmezliği meydana gelir. Böbreğin renin salgısının arttırması ve Ca iyonunu indüklemesi, kafeinin böbrek yetmezliğini tetiklemesinde başrol oynamaktadır. Böbrek yetmezliğinin yanı sıra, uzun süreli ve termo nötral egzersizler sonucunda meydana gelen sıvı kaybı ile kafein kullanımı sonrası meydana gelen sıvı kaybı arasında pek göze çarpan bir fark olmadığı deneysel çalışmalar sonucunda ortaya çıkmıştır yılında, kafeinin vücuttaki sıvı dengesi üzerindeki etkisini araştırmak amacıyla yapılan deneyde oranlar Adenozin ile oluşan kalp ritim artışı /- 176 ml ile /-158 ml arasında çıkmıştır. Kafenin dehidrasyonu arttırması sonucunda, sıvı emilimi azalan böbrekteki renal bölgede böbrek taşları oluşmaktadır. Bu nedenle sporcular için çay, kahve ve kafeinli diğer içeceklerin tüketimi böbrekteki sıvı dengesinin bozulmaması için yasaklanmıştır. Kafenin insan sağlığı üzerindeki diğer bir olumsuz etkisi ise psikolojik bozukluktur. En önemlisi kafein zihinsel istikrarda azalmayı beraberinde getirir. Örneğin; depresyon kafein tüketimi ile ivmelenir ve 1984 yılındaki Cherek in çalışmaları kafeinin saldırgan ve endişeli davranışlara yol açtığı yönündeki bulguları doğrulamaktadır. Aynı zamanda uykusuzluğa yol açtığı kafein için bilinen bir gerçektir. Uykusuzlığa neden olan kafein Başlıca kafein deposu kahve 37

38 Diğer önemli bir noktada kafein içeren yeşil çay müptelaları için göze çarpmaktadır. Belli bir seviyeyi aştıktan sonra aşırı yeşil çay tüketiminde, kafeine karşı duyarlı bünyelerde bütün bir gece boyunca uyku kaybı, uyku bozuklukları, hipertansiyon, anksiyete, sinirlilik, kalp çarpıntısı, sık idrara çıkma, mide bulantısı, titreme ve deri döküntüleri meydana gelebiliyor. Ayrıca yeşil çayın kafein haricinde de zengin miktarda oksalik asit içermesi böbrek taşlarına neden olabileceği düşünülmektedir. Aslında dengeli miktarda tüketilen yeşil çayın vücut için faydalı olduğu gerçeği bilinse de, içindeki kafein ile psikolojik rahatsızların tetiklenmesi diğer bozuklukları da beraberinde getirmektedir. Özetle kafein tüketiminin ana sonuçları kalp hastalıkları, böbrek hastalıkları ve psikolojik bozukluklar olarak ifade edilebilir. Yapılan deneysel çalışmalar ve gözlemler dikkate alınacak olursa, açıklanan bilimsel rapor ve sonuçlar etkili ve uyarıcı olacak şekilde kahve, yeşil çay, maden suyu, kola, sıcak çikolata gibi günlük yaşamda sık tüketilen kafeinli içeceklerin insan sağlığını olumsuz yönde etkilediğini açıkça gözler önüne serilmiştir. Kafeinin insan vücudundaki başlıca yan etkileri KAYNAKLAR Bashan, N., Burstein, R., Falk, B., Rosenblum, J., Shapiro, Y., & Zylber-Katz, E. (1990), Effects of caffeine ingestion on body fluid balance and thermoregulation during exercise. Retrieved March 15, 2012 from abs/ /y Bealer, B. K. & Weinberg, B. A. (2001). The world of caffeine: The science and culture of the world s most popular drug (pp ). Great Britian: Routledge. Kanarek, R. B. & Lieberman, H. R. (2012). Diet, brain, behavior: Practical implications(pp ). USA : CRC Press. Recep İşçi İstanbul Teknik Üniversitesi Kimya Bölümü Lisans Öğrencisi iscirecep91@gmail.com 38

39 Benzersizliğin Simgesi Parmak İzi Adli kimya, kriminalistiğin önemli dallarından olup, bir suç ile ilgili tüm bulguları temel bilimler doğrultusunda laboratuvar analiz ve incelemeleriyle tanımlayarak suç veya suçların aydınlatılmasına yardımcı olan bilim dalıdır. Son zamanlarda adli kimyaya olan merak televizyon ve gazete gibi yayın organları sayesinde artmış durumda. Özellikle adli kimyada bulguların analizinde kullanılan yöntemler arasında bulunan parmak izi belirlenmesi, insanoğlu tarafından merakla karşılanmıştır. Peki nedir bu parmak izi, ne zaman ortaya çıkmıştır, nasıl tespit edilir ve hangi alanlarda kullanılır? Hep beraber bu sorulara bir göz atalım. Parmak İzi Parmak izi, parmakların son eklemi ve uç kısmındaki kıvrımların meydana getirdiği izdir. Bu izler herkesçe bilindiği üzere benzersizdir, bu izleri; düğümlü, kavisli ve helezonlu olmak üzere 3 sınıfa ayırabiliriz. Düğümlü yapı ise dairesel ve basit olarak ayrılır. Parmak İzi Tarihi Parmak izi ilk olarak 1858 yılında Hindistan bölge vekili İngiliz William Herschel tarafından resmi evrakları imzalamak amacıyla kullanılmıştır yılında ise ilk kez kriminal bir olayın tespiti amacıyla Juan Vucetich sayesinde Arjantin Polis Teşkilatında kabul görmüş ve 1892 yılında Rojas cinayetini aydınlatmak için kullanılmıştır. Fransız antropolist Alphonse Bertillion tarafından, 1882 yılında kişisel özellikleri sınıflandırıp kayıt altına alma amacıyla Bertillion sistemi tasarlanmıştır 39

40 Fakat bu sistemin 1903 yılında West davasıyla birlikte yetersizliği gözlenmiştir. Will West, 1903 yılında işlediği suç sebebiyle Leavenworth hapishanesine gönderilmiştir. İşlemler sırasında kriminal suçlarda sınıflandırma amacıyla kullanılan Bertillion sistemine ve alınan fotoğraflara Alphonse Bertillion göre Will West hapishanede görülmekteydi. Oysaki hapishanede görünen kişi William West ti. Bu can sıkıcı olay Bertillion sisteminin yetersizliğini ortaya çıkarır ve parmak izi gibi benzersiz bir kavramı Bertellion sisteminde alınan ölçüler içerisine dahil eder. Parmak izi türleri Ninhidrin İle Tayin Amonyak yada primer ve sekonder aminlerle reaksiyon veren ninhidrin, serbest aminlerle reaksiyona girdiğinde Ruhemann moru olarak bilinen koyu mavi-mor renk meydana gelmektedir. Ninhidrin, aminoasit kalıntısı olan parmak izindeki aminlerle reaksiyon verir. Renk değişiminin nedeni reaksiyon sonunda meydana gelen schiff bazıdır. Amonyak ve primer aminde mavi-mor renk oluşurken, sekonder aminlerle sarı-turuncu renkli iminyum tuzu meydana gelir. Bertillion sisteminde alınan bilgiler Parmak İzi Tespit Yöntemleri Ninhidrin, DFO (1,8-diazafluoren-9-one), Gümüş Nitrat, Gentain Moru, Sudan Siyahı, Amido Siyahı ve İyot parmak izi tayininde kullanılan kimyasallardandır. En sık olarak ise Ninhidrin ve DFO (1,8-diazafluoren-9-one) teknikleri kullanılmaktadır. Ninhidrin reaksiyonu 40

41 DFO (1,8-diazafluoren-9-one) ile tayin Parmak izindeki aminoasitlerle reaksiyona girdiğinde yüksek floresans özelliğe sahip türevine dönüşmektedir. 470 nm de uyarılan bu madde, 570 nm de ışıma yapmaktadır. Parmak iziyle etkileşmesi sonucunda oluşan mavi- yeşil ışığın sebebi budur. DFO (1,8-diazafluoren-9-one) DNA Parmak İzi Tespit Yöntemi PCR ve RFLP ile tayin DNA parmak izleri, PCR veya RFLP yöntemleri kullanılarak da belirlenebilir. Restriksiyon fragmenti uzunluk polimorfizmleri (RFLP), tek genlerin normal kopyalarını mutant kopyalarından ayırmakta ve eş baskın kalıtımları durumunda genetik işaret (markır) olarak kullanılırlar.rflp yönteminde, örnek DNA, restriksiyon enzimleri ile kesildikten sonra Southern Blot tekniği kullanılarak analiz yapılırken, PCR yönteminde,ürünleri agaroz jel elektroforezi ile ayrıştırılıp ultra viole ışıkta görüntülenerek sonuçlara ulaşılır. Kriminal olaylarda, suç yerinde bulunmuş bir doku örneğinden elde edilen parmak izlerinden yalnızca birinin sanığa uygun olması, sanığın suçlu olduğunu kanıtlamak için yeterli değildir. Hatayı azaltmak için, farklı amplifikasyon primerleri kullanılarak en az beş ya da daha fazla DNA parmak izi üretilmelidir. Son zamanlarda, DNA parmak izi analizinde, PCR yöntemi, Southern Blot yöntemine tercih edilmektedir. Aralarında çok küçük fark olan alellerin ayırt edilebilmesi, radyoaktif maddelerin kullanılmaması ve daha az maliyet gibi ayrıcalıklar PCR yönteminin başlıca üstünlükleri arasındadır. Parmak İzinin Kullanım Alanları Parmak izi, benzersizliği sebebiyle kriminal araştırmalarda en büyük yardımcı unsur iken gelişen teknoloji sayesinde birçok alanda da kullanılmaya başlandı. Parmak izli geçiş kontrol, parmak izli personel kontrol, parmak izli kapı açma gibi sistemler günümüzde büyük şirketler tarafından aktif olarak kullanılıyor. Ayrıca bankacılık gibi ileri güvenlik gerektiren alanlarda şifre olarak kullanılan parmak izi, ilerleyen günlerde ilginç sektörlerde ve amaçlarda bizi daha da şaşırtacak gibi duruyor. KAYNAKLAR Tiryaki, A., 2008, Kriminalistik ve Adli Kimya, kimyaevi.org Crime Scene Forensics, LLC, 2005, History of Fingerprints, htm Sözen,M.,2004, DNA Parmak İzleri, Watson, S., 2008, How Fingerprinting Works, Simge TÜRKÖZ İstanbul Teknik Üniversitesi Kimya Bölümü Lisans Öğrencisi 41

42 Geçmişten Günümüze İlaç Mideniz bulanınca nane limon içer misiniz? Ya da uykunuz gelsin diye papatya çayı? Size daha ilginç ve eski olanlarını söyleyeyim, eskiden başı yarılan kişilerin kafasına şeker sürülürmüş, kesiklere tütün koyulurmuş, böcek ısırığına küflü peynir sarılırmış, unutkanlık sorunu olanlara aç karnına elma yedirilirmiş, başı ağrıyana biberli su içirilirmiş ve daha niceleri... Şimdi birçoğu bize komik ve batıl gelen tüm bu ilaçların, günümüz tedavi yöntemlerinin temelini oluşturduğunu biliyor muydunuz? Her ne kadar o dönemdeki pek çok ilacın iddia ettiği tedaviyi gerçekleştiremediği bilinse de, kabul etmeliyiz ki, bu deneme yanılma metodu, çeşitli maddelerin etkilerinin ve yarattıkları sonuçların araştırılmaya başlanmasının ve farmakolojinin var olabilmesinin sebebidir. Ağrısını hafifletmek için afyon çiğneyen insanlar veya koka yaprağıyla çalışma gücünü artıran Güney Afrikalı yerlileri aslında farkında olmadan ilaç kullanıyorlardı. İlaç denilince bir hastalığın tedavisi, teşhisi veya önlenmesi amacıyla kullanılan maddeler gelir aklımıza ve ilaçlar hayatımızın ayrılmaz bir parçasıdır. Teknolojinin ve bilimin henüz emekleme safhasında olduğu ve hastaların eczaneye gidip ateş düşürücü isteme imkânlarının olmadığı günlerde insanlar çareyi doğada aramışlar ve deneme yanılma yöntemiyle bir hastalığa hangi bitkisel veya hayvansal maddenin iyi geleceğini bulmaya çalışmışlar. Tarihte bilinen ilk ilaç M.Ö yılına aittir. Sümerli bir hekim tarafından bir araya getirilen reçeteler ıslak toprağa çizi yazısıyla yazılıp tablet haline getirilmiş ve içeriği tam olarak çözülememiş bu tablet, ilacın uzun yıllar sürecek olan serüvenine başlangıç olmuştur. Daha sonraları Mısır, Çin, Hint, Arap ve Acem 42

43 yazmalarında da pek çok reçeteye rastlanmıştır. Tarihin ilk reçetesi 16 cm uzunluğunda ve 9,5 cm genişliğindeki bu tablete yazılmış. Eskiden ilaçların tamamı doğal kaynaklardan elde edilerek yapılırmış ama şimdi durum biraz farklı. İlaçlar sentetik, yarı-sentetik veya doğal kaynaklı olabilir. Sentetik ilaç tamamen laboratuarda sentezlenmiş olan ilaçtır. Yarı-sentetik ilaçlar bir doğal kaynaktan ekstrakte edilen bir etken maddenin modifiye edilmesiyle oluşur. Doğal kaynaklar ise değiştirilmeden ilaç olarak kullanılırlar. ( epidomoloji: hastalığın bir bölgedeki yaygınlığını, sıklığını inceleyen bilim dalı) incelemeler esas alınır. Örneğin, Karadeniz bölgesinde yaygın bir ağaç olan karayemiş ağacı (Prunus laurocerasus) meyvesinin şeker hastalığına iyi geldiğine inanılırmış. Uzun yıllar boyunca bu amaçla meyveleri tüketildikten ve iyileşmeler gözlendikten ünlü bir ilaç firması tarafından tip II şeker hastalığı ilacının üretiminde kullanılmasına karar verildi. Bunun gibi pek çok örnek var ama en bilinen örneklerden bahsetmek istiyorum. Atropin Atropin, güzel avrat otu(atropa belladonna) denilen bir bitkiden elde edilir. Tarih boyunca çeşitli amaçlarla kullanılmış bir alkaloiddir. 4. yüzyılda mandrake otu (Mandragora officinarum ) ile karıştırılarak uyku verici ağrı kesici ve anestezik olarak kullanılmış. Özellikle Avrupa da eter ve kloroformun anestezide kullanılmaya başlanmasına kadarki zamana kadar bir hayli rağbet görmüş bu yöntem. Ama asıl ilginçliği, antik Mısır kraliçesi Kleopatra tarafından gözlerinin daha etkileyici ve büyük gözükmesi amacıyla kullanılmasıdır. Atropin göze damlatıldığında göz kaslarını uyararak göz bebeklerinin büyümesine sebep olur. Bu gelenek Rönesans dönemi kadınları arasında da yaygınlaşmış ve Alman kimyager Friedieb Ferdinand Runge tarafından midriatik( göz bebeğini genişleten) etkileri keşfedilmiş yılında Alman kimyager Richard Willstatter tarafından ilk ilaç formu tropin ve tropic asitin HCl ortamındaki reaksiyonundan sentezlenen atropin, atropin sülfat formunda göz muayenelerinden önce göz bebeklerini büyütmek amacıyla kullanılır. Doğal kaynak yaşayan herhangi bir organizma olabilir. En çok kullanılan kaynaklar, bitkiler, deniz canlıları ve mikroorganizmalardır. Bu kaynaklardan elde edilmiş olan etken maddeye doğal ürün denir. Doğal ürün belirli bir biyolojik veya kimyasal aktivitesi olan ve ilacın tasarımında veya sentezinde kullanılan maddedir. Günümüzde hangi doğal kaynaktan ilaç etken maddesi yapılacağına karar verilirken epidomolojik 43

44 Atropin, göz bebeklerinin büyümesine sebep olur. Aspirin Aspirin, diğer adıyla asetil salisilik asit ufak ağrıları giderici, ateş düşürücü ve bazen de kan sulandırıcı olarak kullanılır. Tarihçilere göre M.Ö. 2. yüzyılda romatizma ve sırt ağrısı için kurutulmuş söğüt ağacı( Salix) kullanıldığı ve Sümer ve Mısır kayıtlarında ağrı ve ateş tedavisinde kullanıldığı bilinmektedir. Ayrıca Hipokrat tarafından da aynı amaçla kullanılmıştır. Bunun dışında 1763 te İngiliz Edward Stone tarafından söğüt ağacı kabuğunun tozundan elde edilen çayın hastalara ağrı kesici olarak verildiği de kayıtlara geçmiştir ve sonuç olarak Alman kimyager Felix Hoffman 1897 tarihinde ilk saf aspirini elde etmiştir. Söğüt ağacı yaprakları salisilik asit barındırır. Yaprak ve kabuklardan doğal olarak elde edilen salisik asit asıl ağrıyı kesen etken maddedir. Asetil salisilik asit ise bir önilaçtır. Asit özelliğinin zararlı etkilerinden korunmak için salisilik asitin asetil ile esterleşmiş hali kullanılır. Yani aslında salisilik asit aspirinin vücuttaki metabolitidir ve vücuttaki ağrılara sebep olan prostoglandin adındaki maddenin sentezlenmesini sağlayan enzimi inhibe eder. Kinin Amazon ormanlarında yetişen Cinchona adlı bir ağaçtan elde edilen bu alkoloid sıtma ilacı olarak kullanılmaktadır. Sıtma hastalığı Anofel cinsi dişi sivrisineklerde bulunan plasmodyum adındaki mikroskobik bir parazit sebebiyle ortaya çıkan ve ölümcül olabilen bulaşıcı bir hastalıktır. Afrika da hala yılda en az 2 milyona yakın kişinin ölümüne sebep olan bu hastalık için tedavi arayışları çok erken dönemlere uzanır. Bu hastalık için ilk detaylı bilgileri M.Ö. 5. yy da Hipokrat vermiştir. M.Ö. 2700lerde Çin imparatoru Shen Nung da bir kitabında bu hastalığın tedavisinden bahsetmiştir. Kininle ilgili en meşhur hikaye ise şudur; 1638 yılında Peru Genel Valisi nin karısı Chinchon sıtmaya yakalanır ve Ekvator da bulunan Loja şehrinin valisi bir kutu kinin gönderip kontesin iyileşmesini sağlar. Sonrasında ilaç Kontessa tozu adıyla meşhur olur yılına gelindiğinde botanikçi Karl von Linne bu hikâyeden esinlenerek Chinchona ismini verir bu ağaca yılında kinin alkoloidi ünlü Fransız bilim adamı Pelletier ve Caventou tarafından elde edilir. Tarih boyunca sıtma, tarihi etkileyen bir hastalık olmuştur. Büyük İskender dâhil pek çok lideri öldürmüş, çoğu zaman ordulara düşmandan çok zarar vermiştir. Afrika daki Avrupa kolonileşmesinde, Panama kanalının açılmasında, Venezuella ve Borneo da petrol kulelerinin kurulmasında dahi etkilidir denilebilir. Kinin molekülü sıtma ilacının molekül modellemesinde kullanılmış ve büyük başarı elde edilmiştir. Kinin ağacının kabuk ve yapraklarından elde edilen tozdan ekstrakte edilen kinin molekülü sıtma tedavisinde kullanılır. Asetilsalisilik asit molekülü bir önilaçtır. 44

45 Taksol Son yılların en çok satan kanser ilacıdır Taksol ve sadece Pasifik te ve Avrupa nın belirli bölgelerinde yetişen porsuk ağacı ( Taxus) adındaki endemik bir türden elde edilir. Taksolun bulunma hikâyesi 1960ların başına uzanır. O yıllarda Amerika da bulunan Ulusal Kanser Enstitüsü nün, potansiyel anti-kanser ilaç olarak kullanılabilecek bitkilerin araştırılmasıyla ilgili bir projesi varmış. Bu proje kapsamında epidomolojik hikâyeler incelenerek derlenen çalışmaların içinde biri dikkate değer bulunmuş ve 1962 yılında bir grup Amerikalı botanikçinin Pasifik te topladıkları örneklerden ve uzun çalışmalardan sonra 1964 yılında büyük çapta etken maddenin ekstraksyonu sağlanmış. Sıradaki hedef ise yapının aydınlatılması olmuş. X- ray kristalografisi ile 1971 yılında yapısı tamamen çözülen Taksol un,çeşitli kanser hücrelerine karşı aktifliği incelenmiş. Buraya kadar her şey güzel ama şöyle bir sıkıntı var; 100 yaşındaki bir porsuk ağacından elde edilen 300 mg lık özüt sadece tek bir doza eşdeğer. Bu da demek oluyor ki her bir doz için bir ağaç keseceğiz. Bunun yanı sıra yazının başında bahsettiğim gibi bu bir endemik tür ve zor yetişen kolay bulunmayan bir ağaç. Üstelik sıfırdan sentezlemek çok pahalı ve yorucu bir işlem, prosesin yavaşlığından ve çok basamaklı olmasından dolayı. Peki yaklaşık 30 basamaklı bir reaksiyonlar zincirinden elde edilen verim yüzde 1 den az iken, Taksol nasıl şimdi en çok satılan kanser ilacı oldu? Cevap yarı-sentetik Taksol. Avrupa da bulunan bir tür porsuk ağacı ( Taxus Bacata) ndan elde edilen 10-deacetylbaccatin III isimli madde, 3 basamaklı ve yüzde 50 verimli bir reaksiyonla etken madde olan Taksolun sentezini sağlamış. Böylelikle yarı sentetik bir şekilde başarılı bir kanser ilacı sentezlenmiş. Taksol(solda) üç basamaklı bir reaksiyonla yüzde 50 verimle 10-deacetylbaccatinden(sağda) sentezlenebilmektedir. Morfin Morfin ve türevleri ( örneği eroin morfinden 2 kat daha kuvvetlidir) dünyada keşfedilmiş en güçlü ağrı kesicilerdir. Haşhaş( Papaver somniferum) bitkisinden elde edilen 50 farklı alkoloidden bir tanesidir morfin.ismi Yunan mitolojisindeki Morfeus( uyku Tanrısı) dan gelir. Geçmişte pek çok savaşta yaralı askerlerin ağrılarını kesmek için kullanılmış ama askerlerin yaraları iyileştikten ölmeleri uzun süre açıklanamamış. Hatta Osmanlı nın İstanbul un fethinde ve Amerika İç Savaşı nda da kullanılmış yan etkileri bilinmeden. Amerika İç Savaşı nda ölen askerin ölüm sebebi asker hastalığı olarak adlandırılmış. Morfinin bağımlılık yapıcı etkisinin anlaşılması uzun seneler almış. Morfin ilk 1805 te Friedrich Wilhelm Adam Serturner tarafından izole edildiğinde, Serturner denek olarak kendisini seçmiş ve tabii ki morfinin yan etkilerini bilmiyormuş. Alkol bağımlılığı ilacı ve ağrı kesici olarak tanımlamış morfini ama ça- 45

46 lışmaları pek dikkate değer bulunmamış yılında Fransız fizikçi Francois Magendie tarafından morfinin ağrı kesici özelliğini gözlemlemesi ve 1820lerde Batı Avrupa da bu görüşün yaygınlaşmasıyla morfin kullanımı artmış. 1850lerde ameliyatlarda ilk güvenilir ve standart morfin uygulamaları başlamış. Günümüzde ise morfinin bağımlılık yaptığı ve ölümcül olduğu bilindiğinden morfin ancak semptomatik tedavide iyileşmesi mümkün olmayan hastaların ağrılarını azaltmakta, uyuşturucu bağımlılığı tedavisinde, ciddi yaralanma ve yanıklarda ağrı kesici olarak ve buna benzer durumlarda kullanılıyor. Morfin vücudumuzdaki mutluluk hormonu olan endorfini taklit eder, endorfin ağrıyı ve acıyı hissetmemizi engeller, rahatlama hissi verir. Burada esas mesele dozdur. Az miktarda kullanıldığında tedavi edici olan bir madde fazla alındığında zehir olabilir. En basitinden brokoli çok faydalı bir sebzedir ama içerisinde mikrogram mertebesinde kansere sebep olan maddeler vardır Amerikalı biyolog James Watson a göre eğer kilolarca brokoli yediğimizde DNA bozulmaları ve tümörle karşı karşıya kalma ihtimalimiz yüksektir ama az miktarda yenildiğinde iyi bir antioksidandır brokoli içinde bulundurduğu serbest radikallerden dolayı. Her ne kadar bazı televizyon kanallarında çıkan kendi deyişleriyle modern aktarlar, bize ilaç yerine devamlı Morfin kan-beyin bariyeri adı verilen lipid engeli geçebilmek için lipofilik yapıdadır ve endorfin molekülüne benzer şekli böylelikle bir bakıma vücudumuzu kandırırız. bitki çayları içmemizi, devamlı brokoli yememizi salık verse de, aslında çözümün bu olmadığı aşikâr. Bir doğal kaynak, ilaç olabileceği gibi zehir de olabilir çünkü. Bu örnekler daha da çoğaltılabilir; hayvansal serumlardan elde edilen difteri ve tetanoz ilaçları, deniz hıyarı gibi deniz canlılarından ekstrakte edilen kanser ilaçları, penisilinden yapılan antibiyotik, digitalis purpurea adlı bitkiden elde edilen digitoxin adlı kalp ilacı,sedum acre çiçeğinden yapılan ve merkezi sinir sistemi üzerinde etkinliği olan homosedinone, yine bir kanser ilacı olan ve Streptomyces caespitosus adlı bir bakteriden izole edilen miyomycin c ve daha niceleri. Burada amaç ekstrakte edilen bileşiği olduğu gibi ve ya kısmen kullanmak olabileceği gibi, ilaç tasarımı için kullanmak da olabilir. Peki, bu durum, madem ilaçlar doğadan elde ediliyor direkt kaynağından tüketelim ilaç içmeyelim anlamına gelir mi? Bunu küçük bir örnekle izah etmek gerekirse, ıspanağın bir porsiyonunda yaklaşık 6 mg demir bulunur ve demir eksikliği anemisi olan birinin günde birkaç porsiyon ıspanak yemesi gerekir. Ama o kişi, demir(ii)sülfat formunda 270mg lık bir depo draje aldığında yeterli miktarda demir tüketmiş olacaktır. Tıpkı morfin örneğinde bahsettiğim doz meselesi gibidir bu durum da. Bazen de almamız gereken etken madde doğada suda çözünür halde bulunmaz, ekstrakte edilip suda çözünür hale getirmek için modifiye etmemiz gerekebilir veya merkezi sinir sistemi ilaçları için kan-beyin bariyerini geçsin diye yağda çözünen hale getirilebilir. Çeşitli yapı-aktiflik çalışmaları sonucunda en ideal ilaç formu tasarlanabilir ya da çeşitli yan gruplar takılarak hedef organa yönelik çalışmalar yapılabilir. Özetle, ilaç yapımında hem doğaya hem de kimyaya ihtiyaç duyuyoruz. Bu yazımda sizlere ilaç etken maddelerinden bazılarının kısaca hikâyelerini anlatmak ve geçmişten bu yana ilacın kat ettiği mesafeyi göstermek istedim. Şimdilerde, teknolojinin gelişmesiyle bulunan pek çok spektroskopi ve kromatografi cihazı sayesinde tamamen sentetik ilaçlar da başarıyla sentezlenmekteyse de doğaya olan bağımlılığımız kısmen devam ediyor. İlacın serüveni hala sürmekte ve bundan sonra neler olacağını zaman gösterecek. Sağlıkla kalın KAYNAKLAR S.Kramer, Tarih Sumer de Başlar, s.86 pdf Robert S. Holzman, MD ( ). The Legacy of Atropos. Anesthesiology L. Aikman, Nature s Healing Arts: From Folk Medicine to Modern Drugs, National Geograp hic Society, Washington (1977). M.B. Kreig, Green Medicine, Rand Me Nally, New York (1964) Story-of-Taxol.pdf Sevil ÇİMİR İstanbul Teknik Üniversitesi Kimya Bölümü Lisans Öğrencisi cimir@itu.edu.tr 46

47 MUCİZE MATERYAL: AEROJEL Aerojeller insanoğlunun bildiği en hafif maddelerden biridir. Bu madde bir polimer ve çözücünün birleştirilip daha sonra sıvının jelden çıkarılarak yerine hava doldurulmasıyla elde edilir. Son derece gözenekli ve düşük yoğunluğa sahip olan bu yapılar dokunulduğunda katı hissi verirler. Aerojeller ilk defa 1931 yılında Stefan Kistler tarafından üretildi. İlk oluşturulan aerojel silika jeldi. Bu madde ilk 1930 lu yıllarda icat edilmesine rağmen son yıllarda Cleveland NASA Glenn Araştırma Merkezi, bizim düşündüğümüz yalıtım malzemelerinin yerini alabilecek aerojellerin çeşitlerini elde etme metodları üzerinde çalışıyor. Tipik aerojellerin hacmini %95-96 sını hava oluştururken düşük yoğunluktaki aerojellerde bu oran i buluyor. Yalnızca bir gramın yüzey alanı m2 ye kadar çıkabiliyor. Adlarının jel olmasına rağmen jellerin fiziksel özelliklerini göstermeyen katı, sert ve kuru malzemelerdir. Yapısal olarak çok güçlüdürler ve dendritik mikroyapılarından dolayı etkileyici bir yük taşıma kapasitesine sahiptirler. Genel olarak aerojeller kırılgan yapıdadırlar. İnorganik aerojeller büküldüğünde kırılıyor itildiğinde ise düzensiz biçimde bölünüyorlar. Kendi yoğunluklarına bağlı olarak genellikle kendi ağırlıklarının 2000 katı ağırlığındaki maddeleri kaldırabilirler. Organik polimer aerojeller ise anorganik aerojellere göre daha az kırılgandırlar. Işığı geçirgen narin yapısı, ona donmuş duman adının verilmesine sebep olmuştur. Aerojeller çapı nanometre aralığındaki gözle görülmeyen gözenekli yapılarından dolayı çok iyi yalıtım sağlarlar. Bu gözeneklerin varlığı onu izolasyon konusunda önemli bir yere sahip olmasını sağlıyor. Glenn de araştırmalarına devam eden Kimya Mühendisi Mary Ann Meador un araştırmalarına göre aerojellerin gözenekleri çok küçük ve gaz fazı ısı iletiminde oldukça zayıftır. Hava molekülleri aerojellerle seyahat edemezler. Bu nedenle ısı transferi kötüdür. Öyle ki, oksijen kaynağıyla direkt verilen ateşi bile yalıtabilmektedir. Bu da yalıtım malzemesi olarak düşünülmesini sağlayan nedenlerden biri. 47

48 Aerojeller ışığı geçiren saydam maddeler olup ateşi yalıtan ve etkileyici yük taşıma kapasitesine sahip olan materyallerdir. Mavi Duman Kimyası Aerojeller, silika esaslı bir jelin yüksek ısı ve basınç altında kurutulmasıyla elde edilirler. Kistler in yöntemine göre ilk başta aerojel jel halindedir. Daha sonra bu jel etanol veya silika gibi sıvı çözücüden geçirilerek silikon alkoksitin bir çözücü içinde suyla polimerize edilmesi sonucu elde edilen alkojeli oluşturur. Tepkimede alkoksit molekülleri hidroliz sonucu bir araya gelerek silikon-oksijen bağlarıyla jelin katı kısmını oluşturacak olan minipolimerleri (oligomer) oluşturur. Aerojel, alkojellerin kurutulması ve katı silika bileşeninden sıvının çıkarılmasıyla elde edilir. Bu sıvının buharlaşması demek hacminin küçülmesi yani yoğunluğunun artması demektir. Bu durumda çözücünün buharlaştırılması yerine süperkritik noktada kurutulması daha tercih edilen bir yöntemdir. Alkojelin kurutulması sırasında jel içindeki kritik sıcaklığa ulaşmış sıvı ayrıştırılır ve onun yeri gazla doldurulur. Ortaya mavi renkli katı bir madde çıkar. Meador, bu basamağın aerojelleri diğer gözenekli yapılardan ayıran en önemli adım olduğu savunuyor. Meador a göre bu basamak aynı zamanda jelin yapısını koruyan en önemli şey. Geçtiğimiz yirmi yılda, süperkritik karbondioksidin organik çözücüyü içeren jellerin kurutulmasında kullanılması bu süreci daha güvenli ve ekonomik yapmıştır. Böylece alkol kullanımından doğabilecek tehlikeler de büyük oranda azaltılmıştır. Peki neden mavi renkli? Bunun nedeni tamamen gökyüzünün mavi olmasıyla aynı ilkeye dayanıyor; Rayleigh Saçılımı. rezorsinol formaldehitten karbon aerojel oluşumu 48

49 Rayleigh Saçılımı Beyaz ışığın ya da elektromanyetik radyasyonun, dalga boyundan daha küçük tanecikler tarafından saçılımı anlamına gelir. Bu yasaya göre; ışık dalgaları moleküllere çarptıkça hepsi farklı oranda saçılıyor ve mavi ile mor ışık diğerlerine göre daha fazla saçılım gösteriyorlar. İnsan gözü mavi dalga boyuna duyarlı olduğu için mavi rengi görüyoruz sadece. Aynı gökyüzünün mavi görünmesi gibi bu nedenden aerojeller de mavi görünüyor. Aerojeller Günümüzde Nerelerde Kullanılıyor? Opelsan camda Rayleigh dağılımı Aerojeller sadece bilimsel araştırmalarda değil pek çok ticari üründe de kullanılmaktadır. Aerojellerin ısı iletimine izin vermemesi ısı yalıtım malzemesi olarak kullanılmasına olanak sağlamaktadır. Aerojeller günlük hayatta kullandığımız aydınlatmalara saydam paneller oluşturmak için cam bölmelerin arasını doldurmasında kullanılıyor. Karbon aerojellerin yoğunluğa bağlı elektriği iletebiliyor olmaları, kapasitörler gibi elektronik devre elemanlarının yapımına katkı sağlıyor. Alüminyum aerojeller ise katalizör olarak kullanılmaktadır. Aerojellerin hayatımızda düşündüğümüzden daha çok yer kapladığını boru tesisatında, battaniyelerde, yeraltındaki buhar hatlarında, deniz konteynerlerinde, ev zeminlerinde ısı tasarrufu için, petrol yakıtlı gemilerde, bilgisayarlarda, ayakkabı ve mont tabanlarında ve uyku sistemlerinde kullanımı ile örneklendirebiliriz. Aerojeller ile yapılan önemli çalışmalardan biri de hafif ama etkili silahlarda aerojel kullanımıdır. Aerojeller 49

50 Aerojel Üzerine Yapılan Çalışmalar Günümüzde Nasa ya ait Propulsion Laboratuarlarında aerojel konusunda ciddi araştırmalara yer veriliyor. Nasa, çoklu kullanımlar için çeşitli aerojeller araştırmış ve iki yöntem geliştirmiştir. Bunlardan birincisi polimer takviyesiyle aerojel üretebilmek. Jel, polimerle reaksiyona girdikçe jelin yüzeyi değişiyor ve sonuç olarak iç yüzeyi ince bir polimer halini alan aerojel büyük ölçüde güçlendirilmiş oluyor. Meador a göre eğer aynı yoğunluktaki silika jel ve polimer takviyeli jel karşılaştırılırsa polimer takviyeli aerojel diğerinden iki kat daha güçlü olduğu gözlemlenebilir. Polimer takviyeli aerojeller silika aerojellerle aynı yalıtım özelliğine sahip hatta daha az kırılgan yapıdadırlar. İkinci yöntem ise tamamen polimerlerden yapılan aerojeller. Polimer tabanlı bu aerojel tipi son derece güçlü, esnek ve bükülüp bant haline getirilebilir. Son zamanlarda, uzayda dolaşan kozmik tozların toplanması için Spacedust Gemisi nde aerojelden yapılan paneller kullanılmakta. Bu sayede bu tozlar dünyaya getirilebilecek. Uzaytozu toplayıcı Aerojeller konusunda başka bir çalışma ise Çinli bilim adamları tarafından gerçekleştirildi. Çinli bilim adamları kirlilikle mücadelede önemli rol oynamasını bekledikleri dünyanın en hafif maddesini geliştirdiklerini açıkladı. Öyle ki madde, çiçeğin üzerine yerleştirildiğinde çiçeğin yapraklarının bükülmediği gözlemlenmiştir. Hongzhou Üniversitesi nde Prof. Gao Chao ve ekibi tarafından geliştirilen bu malzemenin en önemli özelliği üretim kolaylığı ve petrol-yağ emme gücü. Mevcut petrol-yağ emici ürünler genellikle kendi ağırlığının 10 katı organik çözücüyü absorbe ederken yeni geliştirilen karbon aerojel kendi ağırlığının 900 katı organik çözücüyü absorbe edebiliyor. 1gram aerojel saniyede 68.8 gram organik absorbe Dünyanın en hafif maddesi edebilir. Bu da denizlerdeki petrol kirliliğinin giderilmesi için uygun madde olabileceği fikrini destekliyor. Chinadaily de yayınlanan Chao nun ropörtajına göre, aerojellerin sadece petrol kirliliğinde değil su ve hatta hava kirliliğini kontrol altında tutmada ve ses emici olarak enerji depolamada önemli rol oynaması bekleniliyor. Aerojellerin kinetik enerjiyi emmesi sonucu kurşungeçirmez yapısı, önümüzdeki yıllarda güvenlik ve yalıtımda kullanılacağının güçlü bir göstergesidir. Bunun yanı sıra ilerde dizüstü bilgisayarlar ve elektronik kontrol mekanizmaları gibi değerli malzemelerde aerojellerin kullanımını görmek pek şaşırtıcı olmasa gerek. Yaşamımızı kolaylaştırırken, bilime katkıda bulunurken doğayı düşünmemek bencillik olur. Hayatımızın her alanına girebilecek bu kimyasalın, her kimyasal gibi doğaya kattığı olumlu yanları kadar olumsuz yanları da vardır. Peki, aerojeller doğaya ne kadar zarar veriyor? Parçalanan bir aerojelden geriye sadece doğada her zaman bulunabilen tamamen doğal bir madde kalıyor, kum. Doğaya zarar vermeyen bu yapısı, aerojel konusundaki çalışmaların artmasında cesaretlendirici bir etken olmuş anlaşılan. Bugün pek çok bilim adamı bu muhteşem yapının farkına varmış ve bu konuda ciddi çalışmalara devam etmektedirler. Kurşun ve ateş geçirmez yapısı ile çelik yeleklerden tutun da itfaiyeci elbiselerine, elektronik eşyalardan yalıtım malzemelerine birçok alanda kullanılabilmesi de bu araştırmaların uzun süre daha devam edeceğini gösteriyor. KAYNAKLAR: Kistler, S.S., Nature, 1931, 127, 741. Nasa yayınları, Aerogels: Thinner, Lighter, Stronger, 2011, technology/features/aerogels.html Aerogel, n.d., Erişim: 24 Mart 2013, Teichner S. J. and Nicoloan, G. A., Method of Preparing Inorganic Aerogels. United States Patent 3,672,833; Hongyi, W. (2013, Mart). University creates world s lightest material. Erişim: 24 Mart 2013, Solid carbon, springy and light. (2013). Nature, 494, 404 Zeynep Songur İstanbul Teknik Üni. Kimya Bölümü Lisans Öğrencisi songur.z@gmail.com 50

51 Element Kimyası: Hidrojen Öyle bir element düşünün ki gezegenlerin atmosferlerine bakıldığında Merkür de %22, Jüpiter de %86, Satürn de %94, Uranüs te %85, Neptün de %80, Dünya da ise %80 oranında bulunmakta. Renksiz, kokusuz, tatsız, yanıcı, yoğunluğu en düşük olan; diğer bir değişle en hafif olan element. Ametal olmasına rağmen alkali metallerinin bulunduğu 1A grubunun başı. Schrödinger denkleminin analitik olarak çözülebildiği tek nötral molekül olduğundan kuantum mekaniğinin; tek bir protonu olduğundan ise atomla ilgili tüm araştırmaların yapıtaşı. Yerin en altındaki toprak katmanlarından gökyüzünün en yukarısındaki yıldızlara kadar her yerde bulunan, geleceğin yakıtı olarak görüldüğünden bilimin en önemli araştırma konusu olan hidrojenin hikayesini merak ediyorsanız gelin bu yazıya bir göz atın. 51

52 Hidrojen Yunanca idrogono, Osmanlıca müvellidülmâ olarak adlandırılan ve kelime anlamı olarak su yapan (hydro-genes, İngilizcesi water-generator, Türkçesi su-yapan) anlamına gelen hidrojen havadan 14 kat daha hafif olan biatomik bir gazdır. Periyodik cetvelin 8A grubunda yer alan, tabiri caizse etliye sütlüye karışmayan asal gazların dışında var olan her elementle bileşik verebildiğinden evrende en çok bulunan elementtir. Ancak burada bahsettiğimiz hidrojen daha ziyade biatomik halde bulunan hidrojendir çünkü hidrojen monoatomik halde bulunmayı sevmez ve zaten monoatomik halde de oldukça az miktarda bulunur. Hidrojenin en bilinen bileşiği elbette ki dünyanın da 4 te 3 ünü oluşturan sudur. Toprağın temeli organik bileşiklerin yapısında bulunduğu gibi güneş başta olmak üzere yıldızlarda plazma halinde bulunan hidrojen, evrenin birçok önemli maddesinde yer alarak element sınıfının en girişkeni olarak değerlendirilebilir. Hidrojen doğada üç kararlı izotopunun birleşimi halinde bulunur. Bunlardan hidrojen-1, protyum, %99,985 ve hidrojen-2, döteryum, %0,015 oranında, hidrojen-3, trityum, ise eser miktarda bulunur. Protyumun yapısında bir proton ve bir elektron varken, döteryumun yapısında bir proton ve bir nötron vardır. Döteryumun oksijenle verdiği bileşik D2O ağır su olarak da bilinir. Trityum ise yapısında 2 nötron bir proton bulundurur ve yapay olarak üretilebilir. Yarılanma süresi 12,26 yıl olup radyoaktif bir elementtir. Hidrojenin nasıl elde edilebileceği ya da nasıl kullanılabileceğine de birkaç cümleyle değinelim. Elde edilme: Az miktarlarda hidrojen elde etmek için çoğunlukla çinkonun sülfürik asitle işlenmesi yönteminden yararlanılır. Sanayi çapındaki üretiminde ise, metan gibi bazı hidrokarbonların üzerinden su buharı ya da oksijen geçirilmesi tekniği uygulanır. Hidrojen ayrıca çeşitli mayalama ve petrol arıtma işlemlerinde ve elektroliz yoluyla sudkostik ve klor üretiminde yan ürün olarak elde edilir. Elektrik enerjisi kullanılarak oldukça yüksek verimlerle üretilebilen hidrojenin doğrudan güneş enerjisinden üretimi yani fotoelektrokimyasal ve fotobiyolojik üretim prosesleri yoğun şekilde araştırılmaktadır. Kullanılma: Alevli yanma, katalitik yanma, elektrokimyasal dönüşüm ve hidrürleşme gibi pek çok yöntemle etkin bir şekilde enerji üretiminde kullanılabilir. Hidrojen en çok bireşim yoluyla amonyak ve metanol üretiminde, petrol ürünü yakıtlarda kükürt giderilmesi işlemlerinde ve bazı rafineri yan ürünlerinden uçucu, kararlı ürünler elde edilmesinde tüketilir. Ayrıca, organik bileşiklerin hidrojenlenmesiyle çeşitli sanayi ürünlerinin ve çözücülerin üretiminde, örneğin benzenden sikloheksan elde etmede, hayvansal ve bitkisel yağlardan kahvaltılık ve yemeklik yağlar gibi gıda ürünlerinin hazırlanmasında kullanılır. Hidrojenin Tarihi Phillipus Theophratus Bombastus von Hohenheim (Paracelsus) Hidrojen gazı ilk olarak 16.yüzyılda, 1520 yılında İsviçreli doktor ve kimyager, modern tıbbın ve farmakolojinin kurucularından biri sayılan Philippus Aureolus Paracelsus tarafından keşfedilmiştir. Paracelsus bu keşfi asitlerin bazı metaller üzerindeki etkisini araştırırken elde etmiştir. Paracelsus deneyinde asitlerin metal üzerinde oluşturdukları bir gaz kütlesi keşfetmiş ve bu kütleyi rüzgar gibi ileri doğru patlayan bir hava olarak tanımlamıştır Johannes Baptista van Helmont Paracelsus ve tüm canlıların kimyasal oluşumlar olduğunu, dolayısıyla canlıda meydana gelen değişiklik ya da bozuklukların kimyayla açıklanabileceği ve tedavinin kimyasal maddeler ve yollarla mümkün olduğunu ileri sürdüğü tezi iatrokimya üzerine çalışamalar yapan ve pnömatik kimyanın(hava ile ilgili, basınçlı hava, sıkıştırılmış hava kimyası) kurucusu sayılan ve gaz terimini bilim dünyasına sokan Flemenk kimyager ve fizikçi van Helmont, hidrojen gazının bir çeşit hava olduğunu düşünmüştür. van Helmont, hidrojeni metan ve karbondioksit gibi gazlara benzetmiş ve hidrojen için gaz kelimesini kullanan ilk isim olmuştur. 52

53 1650 Theodore de Mayerne 17.yüzyılın önemli bilim adamlarından, Paracelsus un görüşlerine oldukça önem verip onun çalışmaları ve gözlemleri üzerine çalışmış, pigment ve kozmetik kavramlarını kimyaya sokarak tıbbi bir çok başarı elde etmiş İsviçre doğumlu Mayerne, deneyinde demirin sülfürik asit içerisinde çözünmesiyle açığa çıkan bir gaz kütlesi gözlemiş ve bu gazı kolaylıkla alev alan/tutuşan hava olarak tanımlamıştır Robert Boyle Basınç ve hacim arasındaki ilişkiyi açıkladığı meşhur Boyle Kanunu yla herkesin yakından tanıdığı, köklerini simya biliminden alan çağının en önemli kimyager, fizikçi ve filozofu olan Boyle, Mayerne ve Paracelsus un da gözlemlediği gibi derişik asitlerle metalleri tepkimeye sokmuş ve 1671 yılında hidrojeni elde etmiştir. Gözlemlerini 1672 yılında New Experiments touching the Relation between Flame and Air (alev ve hava arasındaki ilişkilere dair yeni deneyler) ismini verdiği makalesinde duyurmuştur Nicolas Lemery 1700 yılına gelindiğinde ise asit-baz teorilerinin en önemli geliştiricilerinden biri olan Fransız kimyager Lemery, sülfirik asit ve demirle yaptığı çalışmasından hidrojenin havada patlayıcı bir gaz olduğunu öne sürmüştür. Soldan sağa: Paracelsus, van Helmont, Boyle 1766 Henry Cavendish Teorik fizikçi ve kimyacı olarak önemli başarılara imza atmış olan itme-çekme kuvvetleri, suyun sentezi, atmosferik hava tanımı ve dünyanın yoğunluğu gibi önemli keşifleriyle adını duyurmuş olan Cavendish, 1766 yılına kadar hakkında oldukça şey bilinmesine rağmen hep gaz olarak tanımlanan, ayrı bir element olduğunun farkına varılamayan hidrojeni havada yanan ve yandığı zaman su çıkaran bir element olarak tanımlayan ilk bilim adamı olmuştur. Çinko ve hidroklorik asit kullanarak yaptığı çalışmalarında açığa çıkan, izole ettiğinde havadan 7 ila 11 kat arasında daha hafif olduğunu gördüğü hidrojeni yanıcı hava diye adlandıran Cavendish, gözlemlerini On Factitious Airs (yapay hava üzerine) adını verdiği makalesinde toplamıştır Antoine Lavoisier Modern kimyanın babası olarak adlandırılan, metrik sistemin yapılandırılmasına yardımcı olan, ilk defa elementleri listeleyerek periyodik cetvelin oluşum fikrine katkıda bulunan, kimyasal adlandırmada yenilikler yapılmasını destekleyen, sülfürü elementini keşfeden, maddenin şekli değişse de kütlesinin hep aynı kaldığını ispatlayan çağının en önemli kimyageri Lavoisier, oksijene ve hidrojene isimlerini veren bilim adamıdır. Cavendish in makalesinde yanıcı gaz olarak tanımlanan ve su oluşturduğunu bildiği maddeye hydro-su ve genes-yapan,oluşturan kelimelerinin birleşimi olan hidrojen ismini vermiştir. Aynı yıl içinde matematikten aşina olduğumuz, Laplace diferansiyel operatörünün sahibi ünlü matematikçi Pierre Laplace la buz kalorimetresi kullanarak yaptıkları çalışma sonucunda hidrojenin yanma ısısını ölçmüştür. 53

54 Antoine Lavoisire 1783 Jacques Alexander Cesar Charles Gazların ısıtıldığında genişlemeye olan eğilimlerini anlatan ünlü Charles Kanunu nun sahibi Fransız matematikçi, bilim adamı ve baloncu Charles, Charliere adını taşıyan ilk insansız hidrojen balonunu uçuran kişidir. Aynı yıl içinde bir sonraki denemesinde ise kendisinin ve yardımcılarının olduğu ilk insan içeren hidrojen balonunu uçurmuştur William Nicholson ve Anthony Carlisle İngiliz araştırmacı ve kimyager Nicholson ile cerrah Carlisle voltaik pil kullanarak yaptıkları deney sonrasında elektrik akımı verdikleri suyun kendisini oluşturan elementleri olan oksijen ve hidrojene ayrıldığını görmüş ve ileride elektrokimya olarak adlandırılacak kimya alanının öncüleri olmuşlardır Christian Friedrich Schönbein Pamuk barutu ve ozon üzerine yaptığı çalışmalarla bilinen Alman-İsviçreli bilim adamı Schöenbein, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren, hidrojen Henry Cavendish ve oksijen gazlarının birleşerek su ve elektrik akımı üretmesine yarayan sistem fuel cell in mucididir. Aynı yıl içinde Schönbein in araştırmalarına dayanarak William Grove ilk fuel cell i geliştirmiştir William Grove 1839 yılında ilk fuel cell i oluşturan, enerjinin korunumuyla ilgili araştırmalarıyla öne çıkan bilim adamı ve yargıç Grove, çinko ve platin elektrotların kullanıldığı yeni tip bir elektrik hücresi olan Grove cell adıyla da bilinen gaz voltaik bateri yi geliştirmiş ve fuel cell teknolojisinin ilerlemesinde baş aktör olarak gösterilmiştir Zygmunt Florenty Wróblewski Karbonik asitle yaptığı çalışmalar sırasında karbondioksit hidratını keşfeden ve adını hidrojenin fiziksel özelliklerini bulmasıyla duyuran bilim adamı Wróblewski, hidrojenin kritik sıcaklığı olan 33 K i, kritik basıncı olan 13,3 atm yi, ve kaynama noktası olan 23 K i bilim dünyasına duyurmuştur. 1900lü yıllar 1900lü yıllara gelindiğinde, 16.yy da başlayan hidrojenin hikayesinin özellikle 1800lerde öne sürülen ve 1874 te de Jules Verne nin dile getirdiği hidrojenin yakıt olarak kullanılması üzerine yapılan çalışmaların hız kazandığını görüyoruz. 20.yy a kadar hidrojen hakkında öğrenilemeyen tek şey yakıt olarak nasıl kullanılacağıydı. Günümüze gelindiğinde ise hidrojenle ilgili başa çıkılamayan en büyük problemin depolama olduğunu görüyoruz. Birçok bilim adamına göre hidrojeni nasıl depolayabileceğimiz keşfedilirse çağımızın en büyük problemlerinden biri olan enerji ihtiyacına hidrojen çare olabilecek. Aşağıda hidrojenin 1900lü yıllardan günümüze kadar giden hikayesine değinilmiş olup çoğunun yakıt çalışmaları olduğu rahatlıkla görülecektir. 54

55 1874 Denizler Altında Yirmi Bin Fersah, Dünyanın Merkezine Yolculuk, Seksen Günde Devr-i Alem gibi kitaplarıyla yanıdığımız Fransız yazar ve gezgin Jules Verne 1874 yılında çıkardığı Esrarlı Ada kitabında hidrojene ve yakıt olarak kullanımına şu sözlerle değinmiştir: Hidrojen ve oksijenin birleşiminden oluşan su, bir gün yakıt olarak kullanılacaktır Ferdinand von Zeppelin ilk hidrojen zeplini Zeppelin LZ1 airship hava gemisini uçurdu Ferdinand von Zeppelin Zeppelin LZ5 le ilk uzun mesafe uçuşunu gerçekleştirdi Zeppelin LZ7 ile ilk yolcu taşıyan zeplin uçuşu gerçekleştirildi Zeppelin LZ13 le ilk programlanmış uluslararası yolcu taşıyan zeplin uçuşu gerçekleştirildi Bohr atom modeliyle tanınan Niels Bohr, hidrojen elektronunun klasik orbitalleri üzerine örnekleme yaparak Rydberg formülünü hidrojen spektrumu için açıkladı Wolfgang Pauli and Erwin Schrödinger yeni kuantum mekanik yöntemlerden yola çıkarak hidrojen spektrumu için Rydberg formülünün uygulamasını gösterdi Igor Sikorsky likit hidrojeni yakıt olarak kullanmayı önerdi Rudolf Erren yakıt olarak hidrojenin kullanıldığı içten yanmalı motoru geliştirmiştir Likit hidrojen Ohio Üniversitesi tarafından roket yakıtı olarak test edildi Amerika Birleşik Devletleri hepimizin aşina olduğu uzay araştırma merkezi National Aeronautics and Space Administration (NASA) yı kurdu. NASA nın uzay programlarında roket yakıtı olarak ve fuel cell yakıtı olarak çoğunlukla sıvı hidrojeni kullanmakta Cambridge Üniversitesi nden Francis T. Bacon ilk pratik hidrojen-hava fuel cell ini, yakıt hücresini, yaptı. Bacon cell in yapımından sonraki birkaç yıl içinde ise Harry Karl Ihrig, ilk fuel cell taşıtı olan bir traktörü yaptı. Fuel cell taşıtları, özellikle ünlü Apollo ve uzay keşiflerinde kullanılan diğer araçlar için elektrik, ısı ve su üretmek amacıyla kullanılmakta RL-10 sıvı hidrojen yakıtlı roket motor u ilk defa uçtu J-2 (roket motoru) sıvı hidrojen roket motoru uçtu John Bockris hidrojen ekonomisi terimini ortaya attı Miami Üniversitesi nden Prof. T. Nejat Veziroğlu, hidrojen enerjisinin tartışıldığı The Hydrogen Economy Miami Energy Conference (THE- ME) isimli ilk uluslararası konferansı gerçekleştirdi. Konferansa katılan bilim adamı ve mühendisler daha sonra International Association for Hydrogen Energy (IAHE) yi kurdu John Bockris Güneş enerjisinden yararlanılacak hidrojen alternatifini ortaya attı İlk güneş enerjili hidrojen üretimi bitkisi Solar-Wasserstoff-Bayern operasyonel hale geldi Avrupa nın ilk hidrojen yakıt istasyonu Almanya nın iki şehri olan Hamburg ve Münih te açıldı Peter Toennies hidrojenin 0,15 K de süperakışkan özellik gösterdiğini ispatladı. Kısaca özetlemek gerekirse, geçmişten bu yana birçok bilim adamının araştırmalarına konu olmuş, birçok maddenin yapısının açıklanmasında önemli rol oynamış hidrojenin tarihçesi, yalnızca burada yazılanlarla sınırla kalmayacak; gün geçtikçe üzerine yapılan araştırmalar artacak ve özellikle yakıt olarak kullanımı yaygınlaşacak olan hidrojen, elementlerin en önemlisi olma ısrarını sürdürecektir. Dilek Akbıyık Kaynaklar Ana Britannica Ansiklopedisi, Cilt 15, Hidrojen İstanbul Teknik Üniversitesi Kimya Bölümü Lisans Öğrencisi akbiyik.dilek@hotmail.com 55

56 İlk Kadın Kimyagerimiz REMZİYE HİSAR ( ) Dergimizin bu sayısında hem Kimya bilimi hem de Türkiye Cumhuriyeti için çok önemli bir kimyagerin Remziye Hisar`ın hayatını ele alacağız. Remziye Hisar Türkiye `nin ilk kadın kimyageridir yılında Üsküp te doğan kimyager, sahip olduğu üstün zekası ile Davutpaşa daki üç yıllık Mekteb-i İptidayiyi sadece 1 yılda bitirdi bu sırada daha 9 yaşında idi. Daha sonra İttihat ve Terakki Mektebine, oradan da Emirgan Rüştiyesi ne geçti yılında da yatılı olarak okuduğu Çapa daki İstanbul Darülmuallimat tan mezun oldu. Fen öğretmenleri bir müfettişle tartışıp istifa ettiğinden dolayı Darülmuallimat taki fen dersleri iki sene kadar boş geçti. Bu sırada çok iyi bir öğrenci olduğundan, küçük sınıflara geometri ve matematik dersi verdi. Mezun olmasının ardından Darülfünun un kimya bölümüne kaydını yaptıran Remziye Hisar, kimya bölümünü yeğlerken Türkiye yi temsil eden bir ismin bulunmamasının kendisini üzmüş olmasından ötürü seçtiğini yakınlarına anlatırdı. Okulda arkadaşlarının müdür beyle birlikte Bakü ye gitmeye karar vermesi üzerine kendisi de onlara katılarak, öğretmen olarak Azerbaycan a gitti. Bakü de sonradan eşi olacak Doktor Reşit Süreyya Gürsey ile tanıştı ve bir süre sonra birlikte bölgedeki politik karışıklıklar nedeniyle yurda döndüler. Oğulları Feza Gürsey in doğduğu yıl ise 1921 dir. Bir yıl sonra mektepten 2 hocası olan Kâzım Nami Bey den Adana Darülmuallimat ına müdür ve edebiyat hocası olarak atandığına dair bir mektup aldı ve Adana ya gitti. Kısa bir süre sonra, Remziye Hanım buradan istifa ederek fen alanında çalışmak ve Türkiye nin adını dünyaya tanıtmak üzere Paris e Sorbonne Üniversitesi ne gitti. Sorbonne da o yıllarda Langevin, Madam Curie gibi çok önemli hocalar vardı. Biyokimya sertifıkası alan Hisar, Paris te Maarif Vekaleti nin verdiği bursla öğrenim gördü. Doktorasına başlayacağı dönemde bursu kesilen Hisar, Erenköy Lisesi ne kimya öğretmeni olarak atandı. Öğrenimini yarım bırakmak zorunda kalarak yurda dönen Remziye Hisar, zorlu bir çaba sonucunda doktorasını yapmak üzere 1930 yılında yeniden Paris e gitti. Doktora hocası Paul Pascal dı. 56

57 Sorbonne Erenköy Kız Lisesi Paris te 3 yıl kaldıktan sonra,doktorasının bitmesine üç ay kala maaşını kestiler. Fakat araya eski matematik hocası, Sivas mebusu Rahmi Bey girdi ve maaşı tekrar bağlandı. Fransa da o sıralarda doktora yapmak için iki tez vermek gerekiyordu. Bu nedenle Remziye Hanım, birinci tez olarak elektrolitler teorisi ve ikinci tez olarak da metafosfatlarla ilgili hazırladığı çalışmasını verdi. Bu doktora çalışmalarından dolayı jüri özel mansiyonunu aldı. Tezini tamamladıktan sonra 1933 yılında, doçent adayı olarak yurda döndü ve İstanbul Üniversitesi nde çalışmaya başladı den 1936 ya kadar genel kimya ve fizikokimya doçentliği yaptı. Daha sonra Ankara da Hıfzısıhha müessesine Farmakodinami bölümüne Hayati Kimya Mütehassısı olarak atandı ve burada 1942 ye kadar çalıştı de doçentlik imtihanını vererek Eczacı Okulu nda analitik kimya ve toksoloji doçentliğine getirildi yılında ise İstanbul Teknik Üniversitesi, Makine ve Kimya Fakültesi nde Kimya Doçentliği ne başladı yılında ise Fransa Hükûmeti tarafından kendisine Officer de l Académié nişanı verildi yılında profesör oldu tarihleri arasında aynı üniversitenin Kimya Fakültesi nde Analitik Kimya kürsüsü başkanlığı yaptı.1973 yılında ise emekliye ayrıldı. Remziye Hisar, 1992 yılında vefat eden oğlu, ünlü fizik profesörü Feza Gürsey den sadece iki hafta sonra aramızdan ayrılmıştır. Ünlü kimyagerin kimya üzerine yazdığı bir çok eserin örnekleri fakültemizin analitik kimya bölümü katında sergilenmektedir. Kadınların sadece öğretmenlik yapabildiği gençlik günlerime dönüp baktığımda ne çok yol aldığımızı daha iyi görüyorum. Bir Kadın Sesi ni tarihin içinden duyabilmek için, bu sesi iyi dinlemek gerekiyor. Belki bu ses, başarıya ulaşmak için hâlâ erkeklerden daha fazla çalışması gereken hemcinslerime yol gösterici olur! R. HİSAR KAYNAKLAR Bilim ve Teknik, Bir Çalıkuşu Öyküsü İlk Kadın Kimyacımız, Remziye Hisar, Ağustos 1993, Syf 56 biyografiler/biyografiler.htm Merve Suna İstanbul Teknik Üniversitesi Kimya Bölümü Lisans öğrencisi mervesuna77@gmail.com 57

58 Nobel Köşesi: Buckminsterfullerenler Diğer adıyla Buckyball, C 60 molekül formülüne sahip olan küresel fullerenlere verilen isimdir. Kafese benzer birleştirilmiş, futbol topu gibi yirmi altıgen ve on iki beşgenden oluşmuş halka yapılarına (diğer adıyla kesik ikozahedral) verilen genel addır. Bu geometrik cisimde her bir çokgen kenarı boyunca bir bağ, her tepe bir karbon atomunu temsil eder. Her biri sadece 1 nanometre çapındadırlar. 1 nanometrenin ise, 1 milimetrenin milyonda biri olduğu düşünülürse, bu bir insan tırnağının her saniyede uzadığı miktar kadardır yılında Texas, ABD de bulunan Rice Üniversitesi nden Harold Kroto, James R. Heath, Sean O Brien, Robert Curl ve Richard Smalley tarafından tasarlanarak hazırlanmıştır. buckminsterfullerenin ve bununla ilişkili olan fulleren isimli moleküllerin keşfindeki emeklerinden ötürü 1996 yılında Kroto, Curl ve Smalley Nobel Kimya Ödülü ne layık görülmüşlerdir. C60 molekülünün ismi Amerikalı mimar, yazar, tasarımcı, mucit, felsefeci gibi bir çok önada sahip Buckminster Fuller in patentine sahip olduğu, bir mekanı en az gereçle örtme olanağı sağlayan, jeodezik kubbelerine benzediği için O na ithafen buckminsterfulleren olarak konulmuştur. Buckminsterfullerenler doğada nadiren karşılaşılan fulleren molekülleri olmakla beraber evlerimizin bacalarını kaplayan islerde de küçük miktarlarda bulunur yılında fullerenlerin varlığı Hubble Uzay Teleskobu yardımıyla gezegen-bulut arası bir formda katı ve gaz fazlarının kızılötesi görüntüleri ile tespit edilmiştir. Fullerenler böylece dünyadışı en büyük kanıtlanmış moleküller olmuşlardır. 58

59 Buckyball C 60 fulleren çözeltisi Buckyball moleküllerinin teorik öngörüleri Japon kimyager Eiji Osawa tarafından 1970 yılında yapıldı. Eiji Osawa teorik yöntemler ile Fullerenlerin kararlı olabileceklerini tahmin etti. Bu ve diğer yayınları Japon dilinde olduğu için, dünya çapında tanınmadı ve Kroto, Curl ve Smalley Nobel Kimya Ödülü nü kazanırken, Osawa gözardı edildi. Geliştirilmiş sentezi, basıncı 50 ile 100mbar arasına indirilmiş bir kapta bulunan grafit çubuklardan yüksek şiddette elektrik akımı geçirerek grafit buharlaştırılmıştır. Bu karbon gazı üzerine helyum gazı verilerek soğutulduğunda karbon çeperlerine %10 fulleren içeren is yoğunlaşmıştır. Bu isten fulleren, benzol ile çözülüp alınmış ve çözeltiden benzol uzaklaştırıldığında geriye madde miktarınca zengin fulleren kalmıştır. Işın mikroskobunda fulleren Fullerenlerin keşfi, yakın tarihe kadar yalnızca elmas ve grafit olarak bilinen karbon allotroplarının sayısını büyük ölçekte artırmıştır. Modern petrokimyanın yapıtaşı olan benzol halkasında altı adet karbon atomu bulunurken buckyballların bunun on katı kadar karbon atomu içermesi önemini bir hayli artırmıştır. Buckyballlar ve silindirik hali buckytubeler kendilerine özgü kimya ve teknolojik uygulamalarından ötürü özellikle malzeme biliminde, elektronikte ve nanoteknolojide yoğun araştırma konusu haline gelmişlerdir. Fullerenlerin lantan, baryum, kalsiyum ve stronsiyum gibi metallerle çok kararlı bileşikler oluşturduğu tespit edilince tıpta, insan vucuduna verilmesi gereken izotopları fullerenlerin içine koyup, onu sanki bir taşıyıcı kap gibi kullanma fikri öne sürülmüştür. Ayrıca C60 molekülü yapısı bozulmadan her bir karbon atomuna bir hidrojen atomuna kadar bağlayabildiği için hidrojen yakıtı kaynağı olarak kullanılabilmesi de gündemdedir. Kaynaklar Kroto, H. W.; Heath, J. R.; O Brien, S. C.; Curl, R. F.; Smalley, R. E. (1985). C60: Buckminsterfullerene.Nature 318 (6042): Howard, Jack B.; McKinnon, J. Thomas; Makarovsky, Yakov; Lafleur, Arthur L.; Johnson, M. Elaine (1991). Fullerenes C60 and C70 in flames. Nature 352(6331): Eiji Osawa: Superaromaticity. (Kagaku). 25, 1970, S (Japonca). R. Taylor u.a. J.Chem. Soc. Chem. Commun. (1990) S Zhao, Yufeng; Kim, Yong-Hyun; Dillon, A. C.; Heben, M. J.; Zhang, S. B. (22 April 2005). Hydrogen Storage in Novel Organometallic Buckyballs. Physical Review Letters 94 (15). Özkol, S. (Eylül 1992). Yeni bir karbon molekülü Fullerit Bilim Teknik: 23. Berkay Demiralp İstanbul Teknik Üni. Kimya Bölümü Lisans Öğrencisi brkydmrlp@gmail.com 59

60 Kitap Tanıtım Köşesi Kitabın Yazarı MARİE CURİE: Bir Bilim kadınının Olağanüstü Öyküsü Madam Curie nin kızı Eve Curie tarafından kaleme alınan roman karşılaştığı güçlüklere rağmen amaçlarından vazgeçmeyen bir bilim insanının,marie Curie nin, biyografisi niteliğindedir. Polonyalı Marie Sklodowska nın Madam Curie e dönüşme hikayesi olarak yorumlayabileceğim kitap; Cruie nin, eşi Pierre ile yaptığı araştırmalar sonucu ortaya çıkan keşiflerinin yol açtığı sonuçları okuyucunun yüzüne vurmaktadır. Marie Curie, eşinin trajik ölümünden sonra kendini tamamen çalışmalarına adamış ve radyumu dünyaya kazandırmıştır. Curieler, bilimin kapitalist sistemin bir unsuru olmaması gerektiğini yaşamları boyunca vurgulamışlardır bu yüzden Marie Curie,Nobel ödülü aldığı keşiflerinin dahi patentini almamıştır. Eve Curie romanında ailesinin bu konuya karşı direnişlerini kendi aralarında oynadıkları bir oyun ile vurgulamaktadır. Söz konusu oyundan, annesinin ve babasının nicelikten niteliğe dönüştürme eylemi olarak kullandığı bir imge olarak bahsedilmektedir. Kitabın Kapağı 60

61

62 Bulmaca 1) Bilimin kökeni 2) Soğan doğrandığında uçucu kükürt bileşiğine dönüşerek göz yanmasına sebep olan madde 3) Halk arasında güldürme gazı olarak isimlendirilen bir gaz 4) Doğal bir penisilin çeşidi 5) Friedich Ferdinand Runge tarafından bulunan, diğer adı guaranin olan günlük yaşamda sık tükettiğimiz organik bileşik 6) Nikotin bağımlılığı durumunda vücutta salgısı azalan hormon 7) 1963 yılında küçük bir ilköğretim öğrencisinin kaynar sütün soğumuş sütten daha çabuk donduğunu gözlemlemesiyle ortaya çıkmış bir kuram - İpucu:.. etkisi 8) Tamamen karbon atomlarından meydana gelmiş genellikle küre veya silindir şeklindeki bir tür molekül 9) Muzda bulunan bir element 10) Kimyanın yanısıra barış Nobel ödülü sahibi ünlü kuantum kimyacısı 11) Tantal elementinin simgesi 12) Polimerlerin yapıtaşı 13) Kremlerde raf ömrü uzatıcı olarak kullanılan kanserojen içeren kimyasal 14) Ameliyatlarda kullanılanılan uyuşturucu türü bir madde 15) Periyodik tabloyu bulan bilim adamı(1869) 16) Gökyüzünün ve aerojellerin mavi görünmesinin sebebi olan saçılım 17) Ferromanyetik bir element 18) Mandalinaya ekşi tadı veren kimyasal 19) Genellikle bir karışımdan suyu uzaklaştırmak amacıyla kullanılan bulan bilim adamının adıyla anılan distilasyon tekniği 20) Sıcağa ve soğuğa dayanıklılığı artırılmış kauçuk 21) Halojen sınıfına ait yesil renkli bir element 22) Maddenin yapısını atomik düzeyde değiştirerek yeni ürünler geliştirmeyi amaçlayan bilim dalı 23) Lavrensiyum elementinin simgesi 24) Sudaki hidrojen bağlarını kuvvetlendiren bir etki 25) 1911 yılında nobel kimya ödülüne layık görülen kimyacı

63 1.doğa felsefesi 2.sülfenik asit 3.diazotmonoksit 4.PenisilinG 5.kafein 6.endorfin 7.mpemba 8.fulleren 9.potasyum 10.pauling 11.Ta 12.monomer 13.paraben 14.enfloran 15.Mendelev 16.Rayleigh 17.nikel 18. sitrik asit 19.DeanStark 20.ebonit 21.klor 22.nanoteknoloji 23.Lr 24.sıfır nokta enerjisi 25.Marie Curie